民國三十四年5月20日，經過三天的休整後，按計劃美軍一部開始向南推進，以切斷日軍首里防線。
5月21日，美軍兩個陸戰師橫跨整個島嶼到達東海岸的中城灣，佔領島中部地區，將日軍防線一分為二。美軍原計劃十五天完成的任務，在志願軍的幫助下僅四天就順利實現。
沖繩島上的地面戰鬥因為志願軍的參與和消耗，在5月26日前，美軍一直比較順利，5月28日美軍陸戰一師和陸戰六師攻佔首里地區，將日軍再次分割為南北兩部分後，之後美軍兵分兩路，海軍陸戰隊第三軍向北逐步推進。
北面的第三軍在到達沖繩島頸部前，只遇到微弱的抵抗，直到5月30日才開始遇到日軍頑強抵抗，至6月2日將北半部日軍基本肅清，陸戰一師到達有銘灣，陸戰六師則到達最北面的邊戶崎。
牛島原本在大本營的一再督促下，準備於6月5日發動對機場總反擊，但在6月7日下午，發現那霸附近海面登陸的美軍再次增兵，牛島擔心美軍會從反擊部隊的側後實施登陸，加上他本來對這次反擊就不積極，正好以此為藉口取消了反擊，而將全部兵力用於依託工事進行堅守防禦，給美軍造成了很大困難。
6月10日日軍先以敢死隊員懷抱炸藥採取自殺攻擊方法炸毀美軍坦克，再對失去坦克掩護的美軍步兵發起衝鋒，美軍在日軍衝擊下，節節敗退，死傷將近5000，全憑後續部隊的重炮和海空優勢火力才將日軍攻勢遏制。
6月12日，志願軍兩個師在首里北約6.5公里處發動大規模進攻，五時四十分，重炮旅炮兵對日軍陣地進行了長達四十分鐘的炮擊，共發射了1.9萬發炮彈；接着美軍和志願軍聯合戰隊650架飛機也對日軍陣地實施了航空火力準備，投下大量的炸彈和凝固**。
此時的戰況就像是硫黃島戰鬥和慶良間血戰的重現，只是日軍的兵力和要爭奪的面積更多而已。
中美聯軍在推進至日軍主要防線約4500米前，雙方陷入僵持，巴克納乘機調整部署，將北部的陸戰一師和陸戰六師調到南線，而將南線的第二十七師調到北半島，接替兩個陸戰師的防務；文平也把攻佔伊江島的裝甲旅調了上去，投入南線。
聯軍完成調整後，以四個師展開攻擊，採取兩翼包抄戰術，迂迴夾擊日軍主要防線，以加快作戰進程。最後終於取得了進展，克服了日軍的頑強抵抗，突破了牧港防線。
6月15日，牛島見美軍和志願軍步步進逼，為爭取主動，一反其一直以來所堅持的堅守防禦方針，發動了孤注一擲的總反攻，以部分兵力由駁船運送在美軍戰線後方海岸實施登陸，配合主力從正面發動的攻擊，但由於得不到海空軍的有力支援，登陸部隊在航進途中被美軍發現，隨即遭到驅逐艦和地面炮火的轟擊，還未上岸就被消滅了，正面主攻部隊一離開堅固隱蔽的防禦工事，立即遭到美軍優勢炮火的集中轟擊，不到二十四小時反攻就被粉碎了。
牛島這次反擊得不償失，損失了大量人員，消耗了大量的彈藥，尤其是首里兵站被孤狼大隊給炸毀了，消耗的彈藥難以補充，使日軍的彈藥儲備接近枯竭，牛島不得不下令節省彈藥，每門炮平均每天只有十發炮彈，嚴重影響了日後的作戰。如果牛島不實施這次反擊，那麼反擊中損失的人員、彈藥可以在堅守防禦中堅持更多時間，給予美軍和志願軍更大的殺傷。
最後經過合商由美軍投入了新型的噴火坦克和重型坦克，冒着日軍的槍林彈雨，碾壓日軍的戰壕，沖入日軍的陣地，噴火坦克將凝固汽油射入日軍隱藏的山洞和坑道，日軍終於支撐不住，其防線逐漸被突破，但牛島隨即在夜色和煙霧掩護下，悄然組織部隊有序地撤往下一個防線，因此戰鬥發展成這樣一種模式：日軍先是憑險死守，接着美軍和志願軍在猛烈火力支援下取得突破，日軍後撤到下一道防線再死守，如此周而復始，日軍防區逐漸縮小。
當天十八時四十分，日軍運載「義烈空降隊」的十二架飛機陸續起飛，途中有四架飛機因故障返航或迫降，另有四架飛機在接近沖繩島時被美軍擊落，機上所載人員全部喪生，只有四架於二十二時抵達目的地，日機以機腹着陸方式在機場上降落，突擊隊員不等飛機完全停穩，就從機艙中跳下，向機場上停放的飛機投擲手榴彈和燃燒彈
