嘉手纳和读谷机场是日军冲绳防御体系的核心，这里不但构筑了以坑道为主体的完备堡垒工事群，而且是冲绳日军最精锐的第九师团的防地，另外，守备部队司令官牛岛中将把自己的指挥部也设在这里，准备与美军决一死战。
11月7日上午6点整，美军航母编队一举出动两百架轰炸机，对日军阵地进行地毯式轰炸，把百余吨航空炸弹和燃烧弹倾泻而下，爆炸产生的烟柱升起两百多米高，远在几十公里外都看得到，方圆十几公里的地面阵地顿时淹没在冲天的烈焰之中！
轰炸机轮番俯冲轰炸扫射，航空母舰不停地起降飞机，美军航空兵在两个小时的时间内出动了四百多架次，对日军阵地进行了持续不断的轰炸，与此同时，火力支援舰队的所有远程火炮和陆战队的陆上炮兵群猛烈开火，把数百吨钢铁和炸药砸了过去。
日军的工事基本上都深埋在坚硬的地面下，美军的轰炸和炮击虽然把暴露在地面的部分悉数摧毁，但是给日军造成的损失却微乎其微，等美军炮火开始延伸射击、海军陆战队展开攻势之后，步兵第44旅团的残部迅速从坑道进入地面工事，用凶猛的火力迎击美军，将其攻势一次次地瓦解掉，进展非常缓慢。此时，被牛岛中将寄予厚望的第九师团主力部队悄悄向阵地纵深处集结，准备发起全面反攻。
七点三十分，四百六十余架海军飞机和三百余架从分散在九州岛内的十几个机场上紧急起飞，然后在九州南部海域编成三个编队，浩浩荡荡地向美军航母编队杀来，其中一半以上是自杀飞机！机群刚刚出发不久，由两艘攻击航母、三艘战列舰改装的航母、三艘护航航母、五艘巡洋舰和十二艘驱逐舰组成的航母编队从濑户内海的海军基地倾巢而出，浩浩荡荡地向冲绳海域驶去；航母编队出发之后两个小时，由十一艘战列舰、十二艘重型巡洋舰、七艘轻型巡洋舰和十九艘驱逐舰组成的攻击舰队也悄无声息地离开了锚地，借着海岸线的掩护，缓缓向九州岛最南端靠近。
根据海相山本五十六亲自制定的反击计划，日军将在冲绳战役进入僵持阶段、美军特混舰队忙于攻击陆上目标的时候，集中全力对美军航母舰队进行猛烈突击，彻底挫败盟军对冲绳的登陆行动——第一步，部署在九州岛的海军第五航空舰队和陆军第六航空军出动七百架作战飞机，对美军航母编队发动连续而猛烈的攻击，打乱美军的阵脚；第二步，日本航母编队以三百四十余架舰载机发动第二轮攻击，最大限度的杀伤美军的航母；第三步，攻击舰队在夜色降临之后逼近航母编队，用舰炮发动最猛烈的攻击！另外，冲绳守备部队将在联合舰队发动进攻的同时发起反击作战，将海军陆战队歼灭在滩头阵地上！
这份近乎疯狂的作战把山本五十六的赌徒特性完完全全地体现出来——要么大赢，要么输个精光！七百架飞机和庞大的航母编队居然都被用来做诱饵，真正的杀手锏居然是早就沦为海战配角的战列舰和巡洋舰，除了山本五十六之外，可能没有人能够想得出来，或者说，即使想得出来，也未必有胆量、有决心付诸实施。其实，几年前横扫太平洋的日本海军联合舰队只剩下了几艘陈旧不堪的老旧航母和载不了几架飞机的战列舰改装航母，完全失去了和美军进行海上决战的能力，与其龟缩在海军基地坐以待毙，还不如出动出击，以自己的牺牲来挽救帝国灭亡的命运，这也是裕仁天皇最终首肯了这个计划的原因！
八点四十五分，美军部署在冲绳岛北五十海里处的预警飞机发现了高速飞来的日军机群，警报在第一时间回传到舰队司令部，方圆数百公里的海面上顿时响起了凄厉的防空警报声，一架架战斗机腾空而起，在舰队上空编组之后，全速向北飞去；战列舰和巡洋舰紧紧护卫在航空母舰的四周，密集的高射炮口斜指向航母的上空；靠近海滩的登陆编队匆忙后撤，摆成防空阵位。
九时许，三百多架美军战斗机与日军机群在距离航母编队仅仅十几海里远的空中相遇，双方随即在方圆数百公里的空域厮杀起来，密密麻麻的飞机几乎把阳光都遮挡住了！
技术娴熟的美军飞行员驾驶着性能先进的战斗机猛虎下山般地杀了过去，密集的子弹和炮弹在天空中划出无数到弹痕，狂暴地横扫过去，在日军机群中爆出朵朵火花，三千米的高空上，不时传出响彻云霄的爆炸声，飞机的碎片天女散花般地飘落下来，负伤的飞机拖着长长的烟柱，翻滚着坠落大海，溅起数十米高的水柱！
日军飞行员自知不是美军的对手，于是连最基本的规避动作都省掉了，在猛烈开火的同时，全速向美军战斗机冲撞过去，很多美军战斗机躲闪不及，被撞得凌空爆炸，变成一个耀眼的火球。美军战斗机群随即调整战术，利用速度和机动性的优势，进行中远距离的进攻，避免与日军近身缠斗，这样一来，日军连自杀的机会都没有了，空战很快就变成了一边倒的屠杀！日军战斗机一架接一架被击落，但是其余的战斗机却死战不退，依旧不停地向美军冲击，侥幸冲破封锁线的战斗机就近选择一艘舰艇，全速冲撞过去！
激烈的空战持续了整整四十分钟时间，日军第一攻击波的两百四十架战斗机只有三十多架抵达了舰队的上空，但是绝大多数被美军的防空炮火击落，成功实施撞击的只有七架战斗机，获得的战果是击沉、击伤驱逐舰各一艘！
燃料已经耗尽的美军战斗机群刚刚返回母舰，隐蔽在云层之中的日军攻击机群突然俯冲下来，连人带机向舰艇砸了下去，部分攻击则在距离目标十几公里的时候施放出携带的新式武器——是火箭助推的载人航空炸弹！这种炸弹装有一吨烈性炸药，由三台固体燃料火箭发动机推进，时速高达八百公里，在敢死飞行员驾驶下冲向目标，给美军造成了极大的杀伤。
日军的一百二十架攻击机全部被击落，但是却击沉了美军驱逐舰两艘、登陆舰三艘，击伤战列舰一艘、驱逐舰六艘、护卫舰三艘、扫雷舰、布雷舰和登陆舰各一艘，取得了一定的战果。
美军意识到问题的严重性，急忙起飞了四百多架战斗机，在舰队四周警戒，刚好与日军的最后一个攻击波遭遇，再次爆发激战。日军采用了完全相同的战术，不顾美军战斗机的火力拦截，全力攻击航空母舰，最终成功地击沉了一艘护航航母，击伤一艘攻击航母，并击伤战列舰和重型巡洋舰各一艘，战果堪称辉煌！
中午十二点三十分，部署在冲绳和九州之间海域的两艘美国潜艇发现了日军航母舰队正以二十节的航速高速前进，潜艇没有对日舰进行攻击，而是将敌情迅速向特混舰艇报告。尼米兹接到报告后，立即派遣一支由两艘航母、六艘战列舰、七艘巡洋舰和二十艘驱逐舰组成的拦截舰队，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，然后出动第51特混编队的航母舰载机实施攻击。
下午三点整，美军第一攻击波起飞战斗机一百五十架，俯冲轰炸机五十架和鱼雷机一百二十架，共计三百二十架，向日军舰队所在海域飞去。
日本航母舰队派出的侦察机也发现了美军舰队的踪迹，三百多架舰载机悉数升空，向美军舰队扑去，甲板空空如也的航母立即调头返航，妄图逃脱灭亡的命运，护航的巡洋舰和驱逐舰则全速前进，伺机攻击美军舰队。
三点四十分，双方庞大的机群在空中交错而过，径自向对方舰队飞去。
四时许，美军机群首先抵达了日本舰队的上空，随即开始攻击。
日本舰队撒开一个色彩缤纷的高射炮火网，战舰左闪右避，躲避炸弹和鱼雷，可是日舰的末日已至，无可挽回，两百余架美军舰载机把日本舰队打得七零八落！航空母舰‘千岁’号受了致命伤，冒出阵阵浓烟，严重倾侧，已不能行驶；驱逐舰‘秋月’号被炸得四分五裂；轻航空母舰‘瑞凤’号中弹起火。
四点二十分，美机第二攻击波赶到，日军舰艇接连中弹，在海面上乱作一团。黄昏来临之后，美军拦截舰队赶到，战列舰和巡洋舰用大口径火炮抵近射击，把日军舰艇逐一送到了海底。
肩负重要使命的日军舰载机群在美军战斗机和防空火炮的死命攻击下，只有一百二十架突破了拦截，成功地投弹和发动自杀攻击，击沉美军舰艇八艘、击伤十二艘。
