美军推进至日军主要防线约4500米前，双方陷入僵持，巴克纳乘机调整部署，将北部的陆战一师和陆战六师调到南线，而将南线的第二十七师调到北半岛，接替两个陆战师的防务；攻占伊江岛的第七十七师接替九十六师，投入南线；九十六师则休整十天，再替换第七师休整。美军完成调整后，以四个师展开攻击，采取两翼包抄战术，迂回夹击日军主要防线，以加快作战进程。太初二十四年4月24日，美军终于取得了进展，克服了日军的顽强抵抗，突破了持守防线。
太初二十四年5月4日，牛岛见美军步步进逼，为争取主动，一反其一直以来所坚持的坚守防御方针，发动了孤注一掷的总反攻，以部分兵力由驳船运送在美军战线后方海岸实施登陆，配合主力从正面发动的攻击，但由于得不到海空军的有力支援，登陆部队在航进途中被美军发现，随即遭到驱逐舰和地面炮火的轰击，还未上岸就被消灭了，正面主攻部队一离开坚固隐蔽的防御工事，立即遭到美军优势炮火的集中轰击，不到二十四小时反攻就被粉碎了。牛岛这次反击得不偿失，损失了大量人员，消耗了大量的弹药，尤其是消耗的弹药难以补充，使日军的弹药储备接近枯竭，牛岛不得不下令节省弹药，每门炮平均每天只有十发炮弹，严重影响了日后的作战。如果牛岛不实施这次反击，那么反击中损失的人员、弹药可以在坚守防御中坚持更多时间，给予美军更大的杀伤。不过考虑到日军一向的蛮勇精神，牛岛能让这些脑子里全是肌肉的家伙憋如此之久已经算是奇迹了。
太初二十四年5月8日，美军投入了新型的喷火坦克和重型坦克，冒着日军的枪林弹雨，碾压日军的战壕，冲入日军的阵地，喷火坦克将凝固汽油射入日军隐藏的山洞和坑道，日军终于支撑不住，其防线逐渐被突破，但牛岛随即在夜色和烟雾掩护下，悄然组织部队有序地撤往下一个防线，因此战斗发展成这样一种模式：日军先是凭险死守，接着美军在猛烈火力支援下取得突破，日军后撤到下一道防线再死守，如此周而复始，日军防区逐渐缩小。
太初二十四年5月19日，奥山和各小队队长以及飞行队长讨论了作战方案，决定奥山指挥三个小队搭乘八架飞机攻击濑户内机场，渡边大尉则率领两个小队搭乘四架飞机攻击持守机场，定于太初二十四年5月23日发起攻击。由于天气原因，推迟到太初二十四年5月24日。当天十八时四十分，运载“义烈空降队”的十二架飞机陆续起飞，途中有四架飞机因故障返航或迫降，另有四架飞机在接近大岛时被美军击落，机上所载人员全部丧生，只有四架于二十二时抵达目的地，日机以机腹着陆方式在机场上降落，突击队员不等飞机完全停稳，就从机舱中跳下，向机场上停放的飞机投掷手榴*弹和燃烧弹，顿时两处机场都燃起冲天大火，美军守备部队这才反应过来，急忙开火还击，经过短暂交战，在两处机场上降落的突击队员连同机组人员共56人，全被消灭，美军亡2人，伤18人，有七架飞机被击毁，二十六架飞机被击伤，还有七万余加仑的航空汽油被烧毁，损失巨大。持守机场的大火到26日二十时才被扑灭，濑户内机场上的大火更是燃烧了三天三夜，直到27日早上才被扑灭，这两机场也就因此瘫痪了近三天三夜，可惜26日和27日，天气不佳，日军无法利用空降分队创造的有利战机发动航空兵攻击，但日军在如此不利的战局下，特别是基本丧失制空权的情况下敢于实施这样一次敢死空降突击，完全出敌不意，取得了不小战果，其中的经验教训很值得研究，至少中国枣林国防大学还是将这一行动列为指挥系的一个重点案例。
大岛上的激战仍在进行，美军于太初二十四年5月27日攻占了那霸，并继续向大岛的首府首里城攻击前进。太初二十四年5月31日，美军终于取得了重大进展，突破了日军核心防御地带首里防线，海军陆战队攻入了已是一片废墟的笠利，第十集团军司令巴克纳满心喜悦以为最后一座大岛城镇被占领，意味着战斗即将结束，但他的想法大错特错了，日军困兽之斗反而更加疯狂，而他则更加会为了这种疯狂而付出最惨重的代价！牛岛率余部后退了约十公里，退到岛北端精心准备的最后防线，这是由两座山峰构成的天然屏障，地势崎岖险峻，日军充分利用地形，筑有巧妙隐蔽的炮位和坑道工事，牛岛决心以此为依托，战至最后一兵一卒。因此日军的抵抗丝毫没有减弱，美军主要依靠喷火坦克开路，不少浑身着火的日军冲出阵地，抱住美军士兵同归于尽，美军前进每一米依然非常艰难，面对日军更加疯狂的抵抗，美军还以更猛烈的炮火，美军的海陆空密集火力对日军据守的岛南部几平方公里地区进行了最猛烈的轰击，日军虽然只剩下三万余人，大炮也损失过半，弹药更是所剩无几，但仍是死战不退。太初二十四年6月3日，哈尔西急于从被动挨打的鹿儿岛海域脱身，一面在鹿儿岛群岛各岛屿设立雷达站，形成早期预警雷达网；一面从菲律宾调来了部分海军陆战队航空兵的战斗机部队，进驻大岛机场。然后亲率第38特混编队北进，袭击日军在九州地区的航空基地。
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