日军原计划在美军实施冲绳岛登陆时发动代号为“天号作战”的航空兵战役，集中陆海军飞机，对美军登陆舰艇进行攻击，当3月26日美军在庆良间列岛登陆时，日军就判断美军对冲绳的登陆已经开始，海军联合舰队司令丰田副武大将立即下令实施“天号作战”，但作为“天号作战”主力的海军驻九州地区第五航空舰队的岸基航空兵，在3月18日、19日反击美军对九州地区的空袭中损失惨重，已无力组织大规模作战。而海军其他航空兵部队大多还在训练中，陆军的航空兵则还没来得及调到九州，因此，日军只出动了少量飞机进行攻击，从3月26日至31日，包括侦察机在内，出动的飞机才100架次，其中自杀飞机约20架次，尽管“天号作战”**收场，出击的自杀飞机数量虽少，还是给美军造成了一定的损失，3月31日，美军第五舰队司令斯普鲁恩斯的旗舰“印第安纳波利斯”号重巡洋舰就被日军的自杀飞机撞中，舰体被撞出两个大洞，紧急前往庆良间列岛抢修，斯普鲁恩斯只得改旗“新墨西哥”号战列舰。至4月5日，日军共击沉快速运输舰1艘，击伤包括战列舰2艘、护航航母1艘、巡洋舰3艘在内的39艘各型舰艇。
4月5日，丰田副武觉得面对美军数千艘舰船，少量飞机的出击根本无济于事，为配合岛上的抗登陆作战，决定从次日开始对美军在冲绳海域的舰艇实施大规模空中攻击，投入海军岸基航空兵的第一、第三、第五和第十航空舰队和陆军第八飞行师团和第六航空军，飞机总数达4000架，作战代号为“菊水”，菊水就是水中的菊花，这是倭国十四世纪著名武士楠木正成的纹章图案，楠木在众寡悬殊的战斗中立下“七生报国”的誓言，意为即使死去七次也要转生尽忠，他就因在战斗中与敌同归于尽的壮举为后世所推崇，从这一代号就可看出日军的这次攻击显然是以自杀性的特攻作战为主。日军将执行这种自杀攻击的称之为“神3特攻队”，神3的典故出自十三世纪末，中国元朝皇帝忽必烈两次派遣远征军出征倭国，都在航行途中遭遇强台3而全军覆没，倭国就将这两次挽救了倭国的强台3称为“神3”，所谓特攻则是指出击的飞机只携带单程燃料，而将空余的载重量全部携带炸弹，然后对美军军舰的要害部位，如烟囱、机舱、弹药舱等进行撞击，以达到“一机换一舰”的目的。战争中日军飞行员在飞机受伤无法返回的情况下，撞击敌机或敌舰而与之同归于尽的不乏其人，但把这种方法作为有组织的战术手段来广泛运用的，始作俑者是1944年10月菲律宾战役中担任海军航空兵第一航空舰队司令的大西泷治郎中将，第一次出击是在1944年10月25日，由关行男海军上尉率领的24架，在菲律宾战役中“神3特攻”取得了不小战绩，因此被技术熟练飞行员严重短缺的日军大力推广，此后这种极其野蛮的战术愈演愈烈，在冲绳战役中更是达到了登峰造极的地步！
4月6日、7日，日军以九州的第五航空舰队和第六航空军为主要兵力，台湾和先岛群岛的第一航空舰队和第八飞行师团为辅助兵力，出动海军飞机462架，陆军飞机237架，共699架，其中自杀飞机355架。击沉美军驱逐舰3艘、坦克登陆舰1艘和万吨级军火船2艘，击伤战列舰、航母、护卫舰和布雷舰各1艘、驱逐舰8艘，美军伤亡有数百人之多，尽管战前美军就估计到了日军会发动自杀性攻击，但日军攻击之疯狂、美军损失之惨烈，仍令美军胆战心惊。日军将这两天的战斗称为“菊水一号”作战，出击的日机共被击落335架，约占出击总数的48%。
4月12日、13日，日军发动了“菊水二号”作战，因为“菊水一号”作战中损失的飞机还没来得及补充，所以出击的飞机数量要比第一次少，海军出动200架，陆军192架，共392架，其中自杀飞机202架。由于兵力不足，日军在攻击战术上作了一些改进，先出动战斗机吸引美军的战斗机，当美军战斗机燃料耗尽返回母舰时，攻击机才飞临目标上空进行攻击，同时日军还开始使用一种新式武器——“樱花弹”，实际上是火箭助推的载人航空炸弹，由攻击机携带到达战区后脱离载机，由敢死飞行员驾驶冲向目标，装有一吨烈性炸弹，由三台固体燃料火箭发动机推进，时速高达800公里，威力很大，美军则称之为“八格弹”，这种武器给美军造成了不小的损失。此次作战，日军共击沉美军驱逐舰、登陆舰各1艘，击伤战列舰1艘、驱逐舰6艘、护卫舰3艘、扫雷舰、布雷舰和登陆舰各1艘，日军损失飞机205架。
4月中旬开始，决美军为了减少损失，在日机最有可能来的方向派出雷达警戒舰，当发现日机飞来，一边发出预警，一边引导空中的战斗机前去拦截。此外还在刚占领的冲绳岛机场上布置大量战斗机，专门用于截击日军来犯飞机。
4月16日，日军发动“菊水三号”作战，出动海军飞机391架，陆军飞机107架，共498架，其中自杀飞机196架，击沉运输舰和军火船各1艘，击伤航母、驱逐舰、医院船各1艘，运输舰2艘，日机损失182架。在此次战斗中，美军的“拉菲”号驱逐舰浴血苦战，赢得了“不沉之舰”的荣誉，成为美国海军勇敢和坚强的象征。当天“拉菲”号担任雷达警戒舰，早上八时许，发现日军50余架飞机飞来，便立即发出预警，并引导空中的战斗机前去拦截，由于此时空中双方飞机混杂在一起，“拉菲”号怕误伤己方飞机，没敢开火。很快两架日军自杀机猛冲过来，“拉菲”号迅速开火将其击落，随即又有20余架日机从几个方向扑来，“拉菲”号全力以赴，组织全舰火力对空射击，日机集中攻击，使“拉菲”号难以兼顾，先后被三架自杀飞机撞中，其中一架正撞在127毫米尾主炮的炮塔上，剧烈的爆炸当场就将炮塔炸飞，火焰和浓烟喷涌而出，高达60米，甲板上到处是日军自杀飞机上航空燃油溅洒所引起的燃烧，火势熊熊，损管队员冒死拼搏，竭力控制火势蔓延。紧接着一架日机投下的炸弹命中20毫米高射炮的弹药舱，引发了更大的爆炸，将舵机炸坏，使“拉菲”号失去了机动能力。不久又有两架自杀飞机撞上“拉菲”号，进一步加剧了伤势，“拉菲”号后半部的火炮全部被炸毁，只剩前部4座20毫米炮还在坚持战斗，生死搏斗持续了整整八十分钟，“拉菲”号共遭到了22架自杀飞机的攻击，击落了九架，但被五架撞中，还有四枚炸弹命中，“拉菲”号受到的创伤如此之重，凭着全体舰员的努力，最终没有沉没，在350名舰员中，死亡32人，伤71人，几乎占三分之一。次日被拖船拖到庆良间列岛锚地进行紧急抢修。4月22日就能依靠修复的自身动力驶到关岛，最后于5月22日驶抵本土西雅图，在托德船厂进行大修，直到战争结束后的9月6日才修复。战后“拉菲”号于1975年3月退役，1981年被拖到南卡罗莱纳州帕特里奥茨角，作为一艘历史名舰于1982年开始向公众开放。
日军这三次菊水作战都是在白天进行的，虽然容易发现美军目标，也取得了不少战果，但代价也相当巨大，对日军而言，无论是损失的飞机，还是飞行员都很难迅速补充，因此随后的菊水作战，日军只得改为夜间攻击。
4月21日和22日，日军出动飞机317架，其中自杀机131架，实施“菊水四号”作战。
5月4日和11日，日军为弥补损失的飞机，将水上侦察机也改装成自杀机，投入特攻攻击，共出动飞机597架，其中自杀机300架，先后发动了菊水五号和菊水六号作战。
5月24日、25日和5月27日、28日，日军又将教练机改装成特攻机，增加特攻机的数量，接连发起了菊水七号和菊水八号作战，总共出动飞机737架，其中自杀机208架。
6月3日和21日、22日，日军竭尽全力，出动飞机502架，其中自杀机114架，发动了菊水九号和菊水十号作战。
美军逐步摸索出了对付日军自杀机的方法，首先除雷达警戒舰外，还派出预警雷达飞机，严密监视日军最可能出击的方向，还在冲绳岛和附近小岛上建立雷达站，实施严密对空警戒；其次运用统筹学原理，科学组织舰船的防空机动，大型军舰与日机来袭方向保持垂直，小型军舰则与日机攻击航向平行，同时采取突然急转和增速，使日机难以对准目标；最后加强战斗机空中巡逻警戒，随时根据雷达预警的报告，进行拦截。而日军的情况正好相反，因为进行自杀攻击的飞行员没有一个能够回来报告攻击经验和体会，因此无法针对美军的战术变化进行必要的改进。此外，最早的以献身为荣、毫不畏死的神3特攻队飞行员已经损失殆尽，后来的飞行员大多是迫于压力而出击的，认为这种牺牲没有意义的厌战情绪逐渐在日军内部蔓延，甚至有些飞行员以没有发现美舰为借口返回了基地。最终，日军的攻击效果越来越小，而飞机和飞行员因为损失又得不到补充，能够出动的飞机越来越少，菊水作战才告结束。整个冲绳战役中，日军出动的神3特攻队飞机，包括樱花弹，共计1500余架次，击沉美舰26艘，击伤202艘，被美军击落900余架。
日军除十次大规模的“菊水作战”外，只要天气允许，每天还组织小批飞机出击，从4月6日至6月22日，零星出击的飞机总数也高达4109架次，其中自杀机917架次，加上十次菊水作战出动的飞机，总计7851架次，其中自杀机2423架次，虽被击落4200余架，但给美军造成了巨大损失，共击沉美军军舰33艘，击伤360余艘。在美军被击沉的33艘军舰中26艘是被自杀机击沉的，占沉没军舰总数的78.8%。就连米切尔的旗舰“邦克山”号航母也于5月11日日军发动的菊水六号作战中被两架自杀机撞中，损伤极其严重，舰员死亡和失踪达396人，伤264人，其中一架自杀机撞上母舰时发动机被爆炸的气浪弹飞进米切尔的司令部所在舱室，使舱内14名参谋军官当场阵亡，米切尔只好率司令部的其余人员转移到“企业”号航母上，不料三天后，“企业”号也遭到了自杀机的撞击，失去航行能力，使得米切尔在三天里两易旗舰。由于日军自杀机的疯狂攻击，美国海军的高级将领不得不一直留在冲绳海域指挥作战，他们在这八十多天里，神经一直处于高度紧张，身心压力巨大，负责指挥盟军海上力量的尼米兹海军上将为了保证战役指挥，采取了前所未有的举措，在战役进行中更换指挥官，5月28日，哈尔西、麦凯恩和希尔分别接替斯普鲁恩斯、米切尔和特纳，第五舰队和第58特混编队也就改称第三舰队和第38特混编队，从这一点也可看出，日军给美军的造成的威胁是多么巨大！被替换下的将领经过短暂休息后，斯普鲁恩斯和特纳着手制定代号为“奥林匹克”的倭国本土登陆计划，米切尔则调回华盛顿，升任海军作战部主管航空兵的副部长。
相比之下，英军参战的4艘航母都遭到了日军自杀机的撞击，但损伤远比美军小，这是因为英军航母根据欧洲战场的经验，在经过改装以后具有装甲飞行甲板和设计坚固的封闭机库结构，所以抗损伤能力和耐撞击能力要比美军航母强的多。
倭国海军联合舰队经莱特湾一战后，其主力已折损大半，残余的水面舰艇退至文莱，整编为第二舰队，由伊藤整一海军中将接替因在莱特湾海战中出现重大指挥失误而被撤换的栗田健男出任司令，并于1944年11月24日回到倭国本土的吴港。1945年3月17日，联合舰队判断美军对冲绳的登陆迫在眉睫，命令第二舰队前出至濑户内海西部的德山锚地，做好随时出击的准备。
4月5日，联合舰队决定以第二舰队的“大和”号战列舰、“矢矧”号巡洋舰和“冬月”、“凉月”、“矶3”、“滨3”、“雪3”、“朝霞”、“霞”、“初霜”号等8艘驱逐舰组成海上特攻队，配合“菊水一号”航空特攻作战，于4月8日拂晓突入冲绳以西海域，歼灭美军登陆编队，支援冲绳岛上守军夺回机场。由于日军燃油严重短缺，联合舰队费尽九牛二虎之力才搜集到2500吨燃油，还不到“大和”号燃油舱容量6400吨的一半，勉强能保证前往冲绳的单程油耗所需，而且因为航空兵力全数投入菊水作战，对这支出击的舰队没有任何空中掩护，完全是一次地道彻底的自杀性海上特攻行动，所以参战官兵都清楚此次作战是有去无回的，在出征前例行的诀别酒会上，很多人都情不自禁有些失态，与以往出征前的诀别酒会有说有笑的场景，截然不同，充满着赴死前的悲怆与凄然。
4月6日下午，“大和”号全舰3000官兵在甲板上集合，听舰长宣读联合舰队司令丰田副武发来的出击命令，随后全体高唱国歌、军歌，并三呼万岁，然后拔锚启航。由于下关海峡已被美军布设的水雷封锁，日军舰队只得经丰后水道沿九州岛南下。
4月7日六时舰队通过大隅海峡，经九州岛最南端的佐多岬后伊藤决定以280度航向先向西，尽量避开美军飞机的搜索，到黄昏后再转向冲绳。
其实早在日军舰队经过丰后水道时，就已经被在丰后水道的美军“线鳍鱼”和“棘鱼”号潜艇发现了，这两艘潜艇任务是监视丰后水道的日舰活动，因此都没有对日舰进行攻击，只是将敌情迅速向斯普鲁恩斯报告。斯普鲁恩斯接到报告，立即命令戴约少将指挥第54特混编队的6艘战列舰、7艘巡洋舰和21艘驱逐舰，从冲绳海域迅速北进，尽可能引诱日军舰队向南，使其得不到岸基航空兵的支援，也不能迅速撤回本土，以利第58特混编队的航母舰载机实施攻击；如果舰载机未能将其消灭，第54特混编队的战列舰和巡洋舰就以舰炮火力歼灭之。同时命令米切尔的第58特混编队作好战斗准备。米切尔随即率领58特混编队的第一、三、四大队向冲绳东北海域航进，以占领有利的出击位置，第二大队因正在冲绳以东海面进行水上补给，没有参加此次战斗。
4月7日拂晓，第58特混编队就出动了约40架飞机，呈扇面搜索冲绳北面海面，而担负突击任务的机群则在航母甲板上待命，只等一发现日舰就立即起飞攻击。
八时三十二分，“埃塞克斯”号航母的侦察机在甄列岛西南发现了日军舰队正以12节航速300度航向行进。正在空中巡逻的从庆良间列岛起飞2架水上飞机闻讯后，立即赶到目标所在海域跟踪监视。
九时十五分，米切尔派出了16架战斗机对日舰进行跟踪监视。美军飞机在日舰高射炮射程之外盘旋，克服天气不佳的困难，始终与日舰保持着接触，并不断向米切尔报告日舰的位置、航向和航速。
十时整，美军第一攻击波起飞F6F“恶妇”战斗机132架，“俯冲者”俯冲轰炸机50架，TBF“复仇者”鱼雷机98架，共计280架，向日舰所在海域飞去。因为中途岛海战中，俯冲轰炸机立下殊勋，击沉了日军4艘航母，而鱼雷机不仅没有取得战果反而几乎损失殆尽，美军因此调整了航母上舰载机的编成，削减了鱼雷机的数量，加强俯冲轰炸机的数量。但是不容否认，鱼雷机的攻击威力大大超过俯冲轰炸机，中途岛海战，俯冲轰炸机所取得的辉煌战绩，一方面是机缘巧合，另一方面则是鱼雷机牵制吸引了日军战斗机，为轰炸机攻击创造了有利条件，这仅仅是一例个案，并不具有普遍性。美军因此走了一段歧路，直到马里亚纳海战和莱特湾海战后，才意识到这一错误，随即在航母舰载机的编成中又增加了鱼雷机的数量，而且此时的鱼雷机性能比战争初期已大为提高，飞行员经过战火考验，战术素质也有很大进步，所使用的鱼雷也已更新为MK—13型，性能更可靠，命中精度更高，因此美军的鱼雷机战斗力已经跃上了新的台阶，远非中途岛战役时可比了。可惜自莱特湾海战后，日军水面舰艇龟缩本土，鱼雷机部队已经有几个月没有机会一显身手，当得知日舰来袭的消息，鱼雷机飞行员兴奋不已。所有出击的飞机，每架俯冲轰炸机挂载两枚450公斤半穿甲弹，鱼雷机则挂载一条MK—13鱼雷，甚至还有部分战斗机也携带了一枚225公斤炸弹，用于攻击敌舰。
十二时三十分，美机飞临日舰上空，日军舰队排成菱形队形，“大和”号居中，巡洋舰和驱逐舰则在其四周，正以26节航速行进。当美机冲出低垂的云层，展开攻击时“大和”上的24门27毫米高射炮和156门25毫米机关炮一起开火，同时其他日舰也以全部炮火开始对空射击，一时间天空中炮声轰鸣，弹片横飞，美机冒着密集弹雨迅速占据有利的攻击阵位，从各个方向和角度投下了鱼雷和炸弹，战斗机则用机枪猛烈扫射，压制日舰的对空火力，美机攻击凶猛异常，“大和”号在舰长有贺幸作海军大佐指挥下，不断进行高速大角度机动，以规避呼啸而来的鱼雷、炸弹，但仍有一条鱼雷命中左舷前部，两枚225公斤炸弹在主桅杆后面爆炸，炸开了装甲厚实的舰尾雷达室，里面的官兵尽数被炸死，观测仪器全部被毁。“大和”凭借着坚固的装甲防护，还没有受到重创，仍能以18节航速继续航行。“矢矧”号巡洋舰被击中一条鱼雷和一枚炸弹，完全失去了机动能力；“滨3”号驱逐舰被一条鱼雷和一枚炸弹命中，舰体断裂于十二时四十七分沉没；“凉月”号驱逐舰被450公斤炸弹命中，燃起大火；“冬月”号被两发火箭弹击中，幸运的是都没爆炸，逃过一劫。十三时十分，第一波美机投完了所携带的鱼雷炸弹，返回母舰。
十三时三十五分，美军第二攻击波到达日舰上空，由于第58特混编队第四大队的飞机比其他两个大队的飞机晚起飞，因此这一攻击波不是集中攻击，而是分成几个波次进行的，持续不断的攻击反而使日军没有喘息之机，对美机的攻击疲于应付，让美机连连得手，美机的攻击有章有法，节奏分明，首先战斗机扫射，压制日舰高射炮火，并乘机投下所携的炸弹，接着鱼雷机集中对“大和”左舷进行攻击，这时“大和”号航速大减，高射炮炮手多被美军战斗机消灭，不仅毫无还手之力，连招架之功也很勉强。十三时三十七分，三条鱼雷命中左舷，海水大量涌入，舰体开始左倾，“大和”号有完善而庞大的注排水系统可以迅速消除舰体倾斜，但一枚450公斤炸弹正巧命中了注排水控制舱，将所有的调节阀门炸毁，无法进行排水，只得采取向右舷对称注水的办法，舰长甚至不等右舷最大的舱室主机舱和主锅炉舱的人员撤出就下令注水，两个舱室数百官兵很快被汹涌而入的海水淹死，总共向右舷注入了3000吨海水，牺牲了数百名舰员和全舰一半的动力，致使“大和”号只能使用左舷一半的动力运转，航速锐减，再也无法进行有效的机动，即使付出这样巨大的代价，还没将左倾消除，美机的攻击又接踵而至，七分钟后，又有两条鱼雷命中左舷，刚刚有所恢复的左倾再度加剧，而且舵机失灵，“大和”号升起了遇难旗，航速只剩下7节，甲板上到处是弹洞，被炸开的钢板四下翻卷，由于左倾已达15度，大口径高炮已经无法操纵，只有25毫米的机关炮还能勉强射击。十四时零二分，一批美机俯冲而下，投下的炸弹有三枚在左舷中部爆炸，使其左倾加大到35度。十四时零七分，一条鱼雷击中右舷，此时“大和”号上层建筑面目全非，全舰被浓烟烈焰所包围，完全丧失了机动能力，防空火力微乎其微，又不能进行机动来规避，沦落到任人宰割的地步。十四时十二分，四架美军鱼雷机冲出云层从容实施攻击，如同是在进行鱼雷攻击表演，美机攻击动作十分完美，投下的鱼雷有两条命中左舷中部和后部。“大和”号升起了紧急求救信号旗，通知驱逐舰靠帮接走舰员，但驱逐舰知道“大和”号弹药舱里近2000发460毫米主炮炮弹只发射了3发，现在随时都有爆炸的可能，都不敢靠近，“大和”号的左倾急剧增大，舰员已经无法站立，很多人不等舰长下达弃舰命令就自行跳海逃生，舰长有贺见此情景，也知道“大和”号已经无可挽救，只得下令弃舰。十四时十五分，又有一条鱼雷击中左舷中部，伤痕遍体的“大和”号再也经受不住，左倾达到80度，甲板几乎与海面垂直，终于在十四时二十分倾覆沉没，460毫米前主炮炮膛里的炮弹滑落下来，撞穿了弹药舱甲板，引爆了舱中的炮弹，剧烈的爆炸简直将“大和”号舰体炸断，烈焰冲天而起，翻*的蘑菇状烟柱竟高达1000米，甚至连110海里外鹿儿岛的居民都看到了大爆炸的火光与浓烟，海面上顿时出现一个深达50米的旋涡，不多时，后主炮炮塔里的弹药也在水下爆炸，钢铁的碎片从水下飞溅而出，爆炸的气浪连海面上挣扎的水兵都感到一阵窒息，伊藤中将和有贺大佐以下2498名舰员随舰葬身海底，只有269人获救。——这些生还者于1967年组成名叫“大和会”的战友会，并在臭名昭著的靖国神社树立纪念碑，碑上刻有一幅“大和”号的浮雕，碑顶放有一枚“大和”号460毫米主炮的穿甲弹，经常聚会追忆往昔。作为倭国海军联合舰队象征，排水量6.8万吨的巨型战列舰“大和”号的沉没，标志着联合舰队的彻底覆没，同时也宣告了巨舰大炮主义的彻底破产。
在美军攻击“大和”号的同时，部分美机也对“矢矧”号巡洋舰和驱逐舰发动了攻击，“矢矧”号已经丧失了机动能力，美军轰炸机和鱼雷机进行的攻击动作漂亮、出色，简直是教科书式的表演，“矢矧”号累计被击中七条鱼雷和十二枚炸弹，于十四时零五分倾覆沉没。
“矶3”号、“朝霞”号和“霞”号驱逐舰也先后遭到重创，不得不自行凿沉。
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