在制定冲绳岛作战计划时，尼米兹最为担心的问题是，美军在岛上建立起机场之前，敌人空中力量对美方参战部队究竟有多大危害。在东北方向，九州有55个机场；在西南方向，台湾有65个机场；在它们之间，沿着包括冲绳岛在内的琉球群岛还有许多飞机跑道。因此，日军可能动用在本土的3000或4000架飞机，运用致命的“神风”式自杀战术以抗击美军的进攻部队。
为了阻止可能出现的危险形势，尼米兹命令第58特混舰队对九州各机场发动一系列袭击。第一特混舰队于3月18日和19日，对九州地区的机场、日本本土南部地区和停在濑户内海的日本舰队的残余舰艇，多次进行大规模空袭。日军飞机进行了反击，击伤“企业”号、“约克城”号等航空母舰。“富兰克林”号遭到重创，800多名舰员丧生。尼米兹又令B―29型轰炸机编队袭击九州的航空设施和基地。尼米兹还下令在下关海峡一带布雷。在上述空袭活动中，美军虽然损失116架舰载机，但是击伤数艘日舰，并破坏了九州地区日军的各种设施及交通枢纽，使日军在此后的3周内几乎未能进行反击。
第58特混舰队补充油料后，于3月23日开始对冲绳岛实施猛烈轰炸。包括步兵第77师在内的两栖进攻部队，攻占了冲绳岛西南15海里的庆良间列岛。这是整个登陆作战计划的一个组成部分，它为美军提供了一个隐蔽的锚地，这是一个不可多得的水上飞机基地和补给基地。
4月1日，即复活节清晨，特纳指挥的登陆大军开始在冲绳岛的白沙滩头登陆。登陆进行的异常顺利，当天，有5万名陆军部队和海军陆战队士兵登陆，先头部队夺取了两个机场。到4月2日中午，部分登陆部队已经横跨该岛，进至东海岸。此后，第24军的大部分兵力从右侧迂回，向南推进，海军陆战第1师向登陆地域以东前进。
日军在冲绳岛的抗登陆兵力约有10万人，其中6.7万人是日本陆军的精锐部队。日军部队为何没有抵抗呢？原来，守岛部队采用的战术是允许美军“充分登陆”，将美军“诱至于得不到海、空军火力掩护和支援”的地方，再一举歼灭其登陆部队。
没有在陆地上出现的殊死苦战却在冲绳海面展开了。4月6日到7日，大约700架日机从九州起飞，袭击了第5舰队的舰只。这即是日军蓄谋已久的“菊水特攻”。在两天的闪电式空袭中，美军3艘驱逐舰和1艘登陆舰被击沉，2艘军火船被击爆炸，1艘扫雷舰和12艘驱逐舰受重创。日军飞机还撞入航空母舰“汉科克”号和战列舰“马里兰”号，美军数以百计的水兵死亡，剩下的许多人被严重烧伤，场面惨不忍睹。
这时，战斗在冲绳东北面半岛的陆战队以及在冲绳南部的陆军部队也遭到了日军的顽强抵抗。日军利用洞穴、堑壕、掩蔽火力点袭击登陆美军，致使美军的推进严重受挫。尼米兹认为，陆军的缓慢推进，使海军支援部队遭到巨大损失，大量海军水兵被敌机杀伤。但他又感到很为难，是下令调查损失惨重的原因，还是强制自己不去干扰战场上的指挥，他一时拿不定主意。
尼米兹每天都写信给夫人凯瑟琳提到这种痛苦的心情。有一天他还向她承认，他为每个牺牲的官兵深感痛惜。
4月13日早晨，罗斯福总统逝世的消息传到太平洋指挥总部，这使得尼米兹的心情更为沉重，“就我来说，我深深感到这是我个人的损失。”他写给夫人的信中说，“无论我们是否喜欢他的全部言行和主张――他始终主张建立强大的海军，他始终对我十分亲切、友好。我刚发出一份唁电，代表太平洋海区的全体官兵向罗斯福夫人表示哀悼。”
4月16日，海军陆战队司令、四星上将范德格里夫特和他的两名参谋来到关岛指挥部，请求去视察他在冲绳岛的部队，亲自去解决那里伤亡严重的问题。尼米兹没有批准他的要求。尼米兹解释说，他自己也想去，但战斗在激烈进行，危险性极大，因而不能派任何高级官员前往。
但是第二天，尼米兹突然改变主意，表示愿和范德格里夫特一同前往冲绳前线，这使得范德格里夫特大感惊讶。尼米兹改变主意的原因也许是迫于战局构成的“非常局势”，不得不进行直接干预了。
尼米兹一行乘专机抵达齿栉附近一个海滩的机场。次日，尼米兹即与斯普鲁恩斯等人视察了美军占领的部分冲绳地区。
尼米兹针对地面行动停滞不前的状况，强烈要求陆战部队加速推进，以便尽早解脱支援舰队。巴克纳陆军中将声称，这不过是一次地面作战。言下之意是，冲绳岛作战是陆军的事，海军最好不要插手。
“这确实可能是一次地面作战，”尼米兹冷冷地扫了巴克纳一眼，“但我却每天损失一艘半军舰，它们受到‘神风’飞机的沉重打击，或被击沉，或失去战斗力。所以，这条战线5天内不能突破，我们将调别的部队来突破它。这样，我们就可以从这些可怕的空袭中抽身了。”
这样，巴克纳才勉强同意调陆战5师和6师来南部战场。范德格里夫待建议采用迂回进攻的战术，以打开局面。巴克纳仍然认为，在南部或东南部海岸采取何种登陆方式都将付出巨大代价，最好的办法是用大规模的舰炮火力将敌人从据点中轰出来。尼米兹答应给予更强的火力支援。
为了顾全大局，尼米兹忍受来自各方面的批评，尽可能弥合海、陆军种之间的矛盾。在一次破例举行的记者招待会上，尼米兹对海军作出的牺牲只字不提，而是赞扬陆军非凡出众的作战表现，并指出陆军的战术是正确的，若从侧翼发起两栖登陆，将付出更大代价且浪费时间。在这段时间里，尼米兹心情很不好，他的判断和决定正受到最坚定的拥戴者的怀疑。但是，尼米兹坚持认为，首要的前提是保持军种间的和谐一致。
6月21日，美军宣布占领了冲绳岛。
冲绳岛战役：日本伤亡军民20万，平民几乎被屠杀，美军无差别攻击