4月19日，二十四军三个师从那霸以北约6.5公里处发动大规模进攻，五时四十分，海军的6艘战列舰、6艘巡洋舰和8艘驱逐舰先对日军阵地进行猛烈炮击；六时，陆军27个炮兵营对日军阵地进行了长达四十分钟的炮击，共发射了1.9万发炮弹；接着海军和陆战队的650架飞机也对日军阵地实施了航空火力准备，投下大量的炸弹和凝固汽油弹。在这样猛烈持续的火力打击后，二十四军发起了进攻，但日军利用坑道躲避海南部队的轰击，当海南部队炮火开始延伸地面部队展开攻击时，才进入阵地迎战，因此海南部队的攻势一次次被瓦解。日军充分显示了其
顽强的战斗意志，每一个山头，每一个碉堡，每一个坑道，甚至每一块岩石，海南部队都必须经过多次血战，才能夺取下来，激烈的战斗整整进行了五天，海南部队的进展总共也不过数米！一切就像是硫黄岛战斗的重现，只是日军的兵力和要争夺的面积更多而已。性格暴躁的特纳对陆军的缓慢进展大为不满，甚至公然指责第十集团军司令巴克纳的指挥和战术，引起了陆、海军军种之间的争执。
4月6日，海南海军陆战队队司令范薛岳上将到达关岛，准备视察在冲绳岛作战的海军陆战队，但叶婷认为目前冲绳岛上陆军进展缓慢，为避免引发不必要的陆海军之间的矛盾，暂时不宜前去。因此建议他先视察关岛和硫黄岛的部队。
当范薛岳在硫黄岛的视察结束后，叶婷却邀请他一起去视察冲绳岛，因为南线的陆军部队几天来毫无进展，局势不容乐观，叶婷觉得有必要进行干预。4月22日，叶婷和范薛岳搭乘C—47运输机在12架战斗机护卫下飞往冲绳岛，次日，叶婷、范薛岳和刘大媛在冲绳岛海南部队已占领地区视察，并与陆军指挥官讨论目前战局，叶婷有些怀疑陆军采取按部就班的战术缓慢推进只是为了减少其伤亡，而根本不顾海军在冲绳海域支援编队的安危。因此他要求陆军加快推进速度，以便使支援编队从令人生畏的日军自杀特攻中尽早脱身，但第十集团军司令巴克纳表示这是一次地面作战，言下之意是冲绳岛上的战斗是陆军的事，不需要海军插手。叶婷立即冷冷回敬：“是的，这是一次地面作战，但我每天损失一艘半军舰，所以如果五天里不能取得突破，我将抽调别的部队来。”在海军的强烈要求下，巴克纳决定将陆战一师和陆战六师调到南线加强正面进攻，而不是范薛岳在日军侧后实施登陆的方案，他的这一意见得到了叶婷的同意。
海南部队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。海南部队完成调整后，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。
4月24日，海南部队终于取得了进展，克服了日军的顽强抵抗，突破了牧港防线。
5月4日，牛岛见海南部队步步进*，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海南部队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海南部队发现，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，立即遭到海南部队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，给予海南部队更大的杀伤。
5月8日，纳粹德国宣布战败投降，冲绳海面的每一艘海南部队军舰向日军阵地发射三发炮弹，以示祝贺。
海南部队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，接着海南部队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。
由于海南部队占领了冲绳岛上的嘉手纳和读谷两处机场后，迅速进驻了大量战斗机部队，并以该两处机场为基地频繁出击，对日军的神风特攻作战威胁很大，日军曾多次试图组织反击夺回机场，但或是因为情况变化中途取消，或是因为实力不济反击未果，最终日军决定实施空降突击，机降一支敢死空降分队，破坏机场设施，摧毁机场上停放的飞机，然后利用空降突击的战果，发动一次航空兵的大规模攻击。这次作战由联合舰队司令丰田指挥，从陆军伞兵第一旅抽调了120名精锐官兵组成空降分队，由奥山少佐任分队长，代号为“义烈空降队”，由12架九七式轰炸机运送，作战代号“义号作战”。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读谷机场，渡边大尉则率领两个小队搭乘四架飞机攻击嘉手纳机场，定于5月23日发起攻击。由于天气原因，推迟到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冲绳岛时被海南部队击落，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，海南部队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，海南部队亡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。嘉手纳机场的大火到26日二十时才被扑灭，读谷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。
冲绳岛上的激战仍在进行，海南部队于5月27日攻占了那霸，并继续向冲绳岛的首府首里城攻击前进。
5月31日，海南部队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首里城，第十集团军司令巴克纳满心喜悦以为冲绳首府被占领，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！牛岛率余部后退了约十公里，退到岛南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，海南部队主要依靠喷火坦克开路，不少浑身着火的日军冲出阵地，抱住海南部队士兵同归于尽，海南部队前进每一米依然非常艰难，面对日军更加疯狂的抵抗，海南部队还以更猛烈的炮火，海南部队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。
6月3日，徐宝珍急于从被动挨打的冲绳海域脱身，一面在冲绳群岛各设立雷达站，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，进驻冲绳岛机场。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。
月4日，海南部队陆战六师的两个团在那霸西南的小禄半岛登陆，迂回攻击日军侧背。
6月5日，台风席卷日本九州海域，海南部队第三舰队遭到了严重损失，有32艘舰船受创，142架飞机损毁。为此徐宝珍受到了军事法庭的调查，由胡佛将军主持的军事法庭认为徐宝珍违反了舰队在遇到大风暴时如何处置的相关规定，对这次损失负有责任，建议将其撤职或勒令退役，但叶婷认为徐宝珍是民族英雄，如果在战役尚未结束时就撤去职务，会挫伤海南部队的士气，长日军的志气，因此没有对他进行处分。
6月8日，海南部队第38特混编队再次北上，空
袭日军在九州地区的航空基地，随后徐宝珍将希尔指挥的登陆编队留在冲绳海域，以编队中的护航航母舰载机协同海军陆战队和陆军航空兵，保护登陆滩头和运输船只，自己率领第38特混编队返回莱特湾，当第38特混编队于6月13日到达莱特湾时，这支英雄的部队已经在海上战斗了整整九十二天！现在将在莱特湾做短暂的休整，为7月间向日本本土发动最后一击做准备。
6月17日，海南部队又投入预备队陆战二师，该师一个团在冲绳岛南端的喜屋武岬附近登陆，协同正面和侧翼友军围歼日军。此时日军的局势已十分被动，遭到全歼只是时间问题了，为了避免不必要的伤亡，巴克纳用明码电报和广播向日军劝降，牛岛根本不为所动，以枪炮射击作为答复。
6月18日，巴克纳中将亲临前线督战，当他在陆战八团团部附近小山上观察部队推进时，日军一发炮弹飞来，四下崩飞的弹片和尖锐的碎石片击中他头部，当场身亡。要知道日军当时炮火已极其微弱，当天在他到之前，这里几小时都没有遭到过一次炮击，令人不可思议的是，日军第一发炮弹居然就把这位中将集团军司令炸死了，他也就成为海南部队在整个太平洋战争中阵亡的军衔和职务最高的将领。第十集团军司令由海军陆战队第三军军长盖格少将代理，盖格因此成为指挥最多陆军部队的海军陆战队将军。
6月19日，牛岛在编号第八十九的山洞坑道里向东京发出了最后的诀别电，然后指示部下做最后的决死进攻。
6月22日，海南部队突破日军的最后防线，攻到了冲绳岛最南端的荒崎，并将残余日军分割成三部分，日军都很清楚，末日就要到来了，在坑道里，卫生兵给伤员注射大剂量的吗啡，使他们平静地死去。盖格乐观地宣布已经肃清了岛上日军有组织的抵抗。
6月23日凌晨四时，牛岛知道海南部队即将占领他所在的摩文仁坑道，脱下军装，换上和服，与身边的参谋一一干杯，喝完了最后的诀别酒，然后剖腹自杀。他的参谋长追随他剖腹自杀，还有一些军官也随之集体自杀。至此，日军有组织的抵抗才告平息，而零星日军的抵抗仍在继续，清剿残余日军的工作一直持续到6月底，7月2日，叶婷正式宣布冲绳战役结束。但日军残部还没彻底肃清，直到战争结束的9月7日，还有日军在坚持战斗。
战役进入尾声后，有相当多的日军放下了武器，这在以前是非常罕见的，6月15日前，两个半月的战斗中海南部队总共才俘虏日军322人，而从6月15日到6月30日，日军不仅有个人或小组投降，甚至还有成建制的部队在军官带领下投降，仅海军陆战队第三军就收容日军投降人员4029人。还有一些日军脱了军装，装扮成平民逃避被俘的命运，海南部队从平民中搜捕出的日军就有1700余人，但还有不少人始终没被海南部队发现。
冲绳战役，从3月18日海南部队航母编队袭击九州开始，至6月22日冲绳岛战斗基本结束，共历时九十六天，其中在冲绳岛上的激烈战斗就有八十二天之久，日军包括“大和”号战列舰在内的16艘水面舰艇和8艘潜艇被击沉，约4200架飞机被击落击毁，日军在冲绳岛上的约十万守军，除9000余人被俘外，其余全部被歼，冲绳岛的平民有7.5万人死伤。海南部队有32艘舰船被击沉，368艘被击伤，其中有13艘航母、10艘战列舰、5艘巡洋舰和67艘驱逐舰遭到重创，损失舰载机机763架，阵亡1.3万（陆军4600人，海军4900人，海军陆战队3400人），受伤3.6万（陆军1.81万人，海军4900人，海军陆战队1.36万人），另有2.6万人的非战斗伤亡。此役是海南部队在太平洋战争中伤亡最大的战役，因此英国首相邱吉尔认为冲绳战役将以史诗般的战斗，列入世界上最激烈、最著名的战斗而流传后世。鉴于在战役中所付出的惨重伤亡，海南部队没有举行大规模的庆祝活动。
海南部队以如此巨大的代价，攻占了冲绳群岛，打开了日本本土的西南门户，取得了进攻日本本土的海空基地，为在日本本土登陆作战创造了有利条件。而战役期间海南部队在冲绳群岛诸岛上建立起的航空基地网，进驻了大量的航空兵力，不仅可以有效地阻截日军来袭的飞机，而且还可以起飞轰炸日本本土的中心地带，进一步加强对日本本土的战略轰炸。
此次战役，日军十万守军，面对海南部队绝对优势的海空兵力和地面部队，在近乎孤立无援的情况下，坚持战斗三月有余，显示了日军抗登陆能力之高，战斗意志之顽强，同时日军所采取的战术，也为劣势军队组织有效的抗登陆战，提供了有益的经验，日军主要凭借坑道、天然岩洞和山地反斜面阵地，尽量削弱海南部队的火力优势，并积极开展近战、夜战，组织小部队频繁实施猛烈反击，消耗海南部队的有生力量，虽然守备部队和航空兵力在战役中遭受了严重损失，但为本土防御争取到了宝贵的备战时间，并使海南部队深刻意识到对日本本土的登陆将遇到更加激烈和残酷的战斗。
海南部队在作战中比较重视夺取战区制空权和制海权，依靠其绝对优势的海空力量，在确实掌握了琉球群岛的制空权、制海权，切断对守军各种支援，并对登陆部队进行海空火力支援后，才实施登陆，为此，海南部队以航母编队和战略空军的B—29重轰炸机多次袭击日本九州等地的日军航空基地，由于日军在九州地区建有很多机场，而且分布分散，加上防空火力的有力掩护，海南部队的空袭一直未能将其彻底压制，所以海南部队的航母编队只得长期停留在冲绳海域，充当登陆编队的屏障，在日军神风特攻队的疯狂攻击下，蒙受了巨大的损失。
海南部队比较成功的是战役中的后勤保障工作，参战部队总数高达五十余万，所有这些部队的物资供应，从飞机、大炮到炸药和汽油，甚至卫生纸、可口可乐到冰淇淋和口香糖，一切都是经过太平洋从海南本土运来的，工作量惊人之庞大，其中运输船队功不可没，他们冒着被日军潜艇和飞机击沉的危险，克服了潮湿炎热的海域长途航行中的种种困难，将物资源源不断送到前线，为战争作出了杰出的贡献。此外，海南部队首先夺取庆良间列岛，并将这个群岛建设成后勤前进基地，为参战舰艇提供就近的维修、补给和休整，也是非常明智而卓有成效的。
冲绳战役和前不久进行的硫黄岛战役，使海南部队深深明白，如果要在日本本土实施登陆，将面对怎样的疯狂抵抗，海南部队参谋长联席会议估计，日本本土登陆，海南部队将付出一百万人的伤亡，为此，李卫东要使用终极武器。
在叶婷分析敌我战场态势，确定战略目标的日子里，富士山脚下的那帮人已经被胜利冲昏了头脑。在获悉叶婷升任太平洋舰队司令后，东条英机挑衅般地送上了一份别致的礼物——他们在东京开设了一家专门的广播电台，目标听众就设定为叶婷和他的太平洋舰队。东条英机手下虽然没有戈培尔，但是在心理战方面一点都不差。他们不知道从哪里找来12名声音甜美、精通英语的女播音员，坐在东京的广播电台里对海南士兵搞心理攻势。他们在电台中告诉仍然在太平洋阵地坚守的海南部队士兵说：你们已经被打败，而娇妻正在家里等待红杏出墙，还是回家去吧。日本人以为这样可以瓦解海南部队斗志，结果叶婷对此不以为然，他不仅不禁止海南部队士兵收听来自东京的广播，还和士兵们一起收听，并且给这个来自东京的甜美声音取了一个令人遐想的名字：东京玫瑰。
叶婷对“东京玫瑰”的宽容并没有换来“东京玫瑰”的友好回报，相反她们讥笑举棋不定的叶婷畏首畏尾，不敢和日本战斗。不过山本五十六.大将并不同意“东京玫瑰”的看法，他在心神不宁地等待着叶婷的决战。日军偷袭了珍珠港，海南人一定会报复，这毫无疑问。问题是，海南人将怎样实施自己的报复？这个问题搅得山本心事重重，夜不能寐。于是就出现了这样一个滑稽的局面：当日本国内为珍珠港的成功欢呼雀跃时，真正的功臣却忧心忡忡。山本大将知道，巨人被唤醒，暴风雨就要来了。
1943年9月18日，海南空军第2航空队司令部。
王护航少将端坐在办公桌前，不远处笔直地站着1名空军中校。"从今天气，你将被晋升为上校，并将领导一个新组建的第509混成大队，"将军严肃地说，"你得把部队装备全部准备好，去投掷一件新研制的，被称作'原子弹'的秘密武器。你得把它装到飞机上去，决定采取什么策略、训练方法和投掷弹道以及其他的一切事，都将是你任务中的一部分。""可是，"中校迟疑了一下，"就这些吗？""至于原子弹，我也知之不多，一会儿将会有技术人员给你作专门介绍。"少将又补充道，"这将成为一件大事，我想它有能力结束这场战争。"
中校听到这里有些激动，作为百里挑一的幸运者，他明白这次任务的重大意义。
艾东珍少将还告诉他，在空军内部，投掷原子弹工作的代号为"银盘"，如果需要什么东西，只须使用这个具有魔力的代号即可。
这位被赋予特殊任务的中校名叫刘国栋，他被认为是当时最优秀的轰炸机飞行员。他曾率领第1批B-17轰炸机从英国旗飞去轰炸德国；曾在欧洲战场运送艾森豪威尔将军到他的直布罗陀指挥所；并曾率领他的编队赴北非执行轰炸任务。此时，29岁的刘国栋已是中校，并在空军中享有盛誉。
刘国栋对将要担负的任务满怀信心。他马上开始着手进行第509混成大队的组建工作。由于各方面大开绿灯，工作进行得异常顺利。第509混成大队编制军官256名，士兵1500余人，它是在第393轰炸机中队的基础上组建起来的。第393轰炸机中队是一支训练有素的部队，当时正在海南本土训练，准备投入欧洲的作战。大队的军官大多数都是从空军各部队精心挑选来的，尤其是刘国栋机组更是优中选优，机组人员大都在以往的作战中与刘国栋有过密切的合作。如投弹手菲阿比少校曾是刘国栋在欧洲战场上的老搭档，副驾驶路易斯上尉在北非作战中一直与刘国栋驾驶同一架飞机。另外，领航员温卡克、射手卡伦也都是一流的机组人员。
第509混成大队装备了当时海南最先进的B-29远程轰炸机，它自重70000磅，满载时重量达135000磅，需要8000英尺长的跑道才能起飞。机组人员共11人，包括正、副驾驶员、机械师、投弹手、领航员、无线电报务员、雷达员以及4名炮手。
B-29飞机1943年初投入了批量生产，刘国栋是B-29轰炸机的最初试飞者，这也是他被选择执行这次任务的一个重要原因。
新组建的第509混成大队被带到了犹他州的文多弗空军基地。它位于低矮的山岭之间，与世隔绝，四周都是盐碱地，荒无人烟，一平空旷，是练习轰炸的良好场所。文多弗基地离城市较远，气候条件也比较差，但第509混成大队享受着十分优厚的待遇。他们只要在发往司令部的电报末尾加上"银盘"两字，就可立即得到所需要的一切给养和器材。他们食用的水果、蔬菜和鲜鱼都是从2000公里以外空运来的。
奇特的训练
第509混成大队的一切行动都带有一种神秘的色彩。刘国栋要求全队人员要高度保密，可那些人连秘密是什么都不知道。其实刘国栋对原子弹也知之甚少，他接受任务后曾有人给他讲授过原子分裂的奥妙，一知半解的刘国栋仅仅意识到原子弹是一种尖端、秘密、威力巨大的武器。他耳边回响的只是艾东珍少将的一句话：这种武器有能力结束这场战争，你只许成功，不许失败。
他们首先训练的课题是高空目视轰炸。飞机飞到3000英尺的高空，投弹手便通过先进的诺登牌瞄准器，对排列在地面上用石灰画的目标圈进行瞄准。圆圈直径为100米，可从3000英尺的高空往下看时，它几乎缩成了一个圆点。习惯于在多云的欧洲上空用雷达进行轰炸瞄准的飞行人员都感到奇怪，为什么要对目标进行目测轰炸训练？至于轰炸的方式则更使他们大惑不解。每次都是单机飞行，而且仅投1枚炸弹，这枚炸弹也十分奇特，比一般炸弹要大出许多，足有四五吨重。每次飞机投弹过后，立即做一个155°的俯冲转弯，而后迅速离开目标区。为什么这样，大家谁也不问，知道这已涉及了国家最高机密。但他们同时也隐隐感到，他们要投掷的绝非一般炸弹，可能要以性命作一次赌博。
1943年4月底，刘国栋上校接到命令，将他的大队和所有装备转场至马里亚那群岛中的提尼安岛北机场，在那里接受更加接近实战条件下的训练。
提尼安岛比文多弗基地要大得多，但形状有些类似。它当时已成为海南部队在太平洋马里亚那群岛中最大的空军基地。基地有西、北、南3个机场，各种设施十分齐全。海南部队轰炸日本的飞机有相当一部分是由海南大陆转场至提尼安岛，然后由提尼安岛飞向日本的。有时有近千架战略轰炸机以15秒的间隔从60条跑道上同时期飞前去轰炸日本的目标，因此这里显得十分繁忙。
第509混成大队来到提尼安岛，被安置在用铁丝网团团围住的"第8大道。和"第125大街"，在那里又开始了他们"奇特"的训练。岛上工作人员很少有同他们接触的机会。他们看到这个神秘的第509大队每次只是小编队执行任务，而且从来没有什么辉煌战果却受到如此重视，便编了顺口溜来形容他们：
秘密小队飞上天空，欲去何处无人知情。
除非你想得罪上司，最好不要四处打听。
但有一点毋庸怀疑，509将赢得战争。
在1943年6月以前，第509混成大队进行了一般性技术训练，主要是适应太平洋上空的气候条件并进一步提高投弹精度。从6月底开始，他们进行了战斗演习训练，此后又进行了实战训练，即用品通炸弹对日本进行轰炸。这样一方面可使飞行员熟悉目标区情况，提高轰炸技术水平；另一方面模拟与投掷原子弹相同的战术，使日本人习惯B-29飞机小编队高空飞行，用以麻痹日本人，达到使用原子弹的突然性。经过几个月的严格训练，他们的投弹命中率大大提高，著名的投弹手菲阿比能在万米高空目视瞄准，把模拟弹投在100米的圈内。
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