然而，就在雙方一觸即發的時候，琉球羣島卻發生了一件驚天的大事，致使整個琉球登陸戰發生了巨大的變化。
1944年6月28日晚，3000多武裝到了牙齒的琉球居民在數百個身穿黑色戰衣的年輕人的帶領下，趁夜幕襲擊了那霸日本海軍軍港，炸傷一艘巡洋艦，炸沉一艘魚雷艇，同時還打死打傷大量的日本士兵。
負責沖繩保衛戰的牛島滿中將得知消息後大驚失色，立即派出部隊鎮壓。然而令日軍感到憤怒的是，那些突然出現的士兵像突然消失了一般，任憑日軍怎樣搜查都沒有半點蹤跡。
此時沖繩保衛戰即將打響，牛島滿中將深知在島上有這麼一支神秘部隊潛伏着，將會給守軍造成多大的壓力，因此不顧副官的勸阻，派出大軍對琉球島所有居民進行審查甄別，在很短的時間內便有大量的琉球居民被抓緊了憲兵司令部，還有一些居民因爲不在家中，因此被日軍認爲是畏罪潛逃，家人和子女被抓入大牢，一時間，島上居民是風聲鶴唳，氣氛十分緊張。
日軍雖然抓了不少人，但是卻依然沒有找到那支神秘的敵軍，就在日軍剛打算把此事先放一放，專心對付盟軍登陸部隊時，這支部隊突然再次出現，這次他們襲擊的目標是琉球島上的一個軍火倉庫，一個步兵中隊的守軍被全殲，十餘萬噸物資被毀。
6月30日，盟軍前線最高指揮官麥克阿瑟下達了對琉球羣島登陸作戰的命令。三十餘萬大軍在一千多艘各種船隻軍艦的協助下在琉球東南、西南方向展開登陸作戰。
擔任首批登陸的部隊由美軍第10集團軍和中國國防軍第九集團軍組成，美軍下轄4個師13萬人，中國方面的第九集團軍下轄4個整編師和兩個炮兵旅合計15萬人。盟軍由美英兩軍的航母機動部隊，以及美第20、第21戰略轟炸部隊等，擔任掩護和支援。
戰鬥開始之前，盟軍對九州、四國進行了大規模的空襲行動，以此來牽制日軍各個部隊。與此同時，第九集團軍整編第34、35、36師以及美軍的第10集團軍各突擊梯隊進行海上航渡。
30日上午10時起。艦載機羣和艦炮對慶良間列島和沖繩島實施預先火力準備，摧毀島上部分機場和暴露的防禦設施，消滅了日軍近海攻擊艇隊。
下午三時，盟軍開始在慶良間列島登陸，取得了艦船停泊場和後勤補給基地。開始對衝繩島實施直接艦炮和航空火力準備。第九集團軍整編第34、35師在羽具岐南北9公里地段突擊登陸。當天即有3個師約9萬人及大批坦克、火炮上陸，建立了正面18公里、縱深12公里包括兩個機場在內的登陸場。
同時，美陸戰第2師在沖繩島東南港川海面實施佯動。中部地區，將該島攔腰切斷，並開始向北部和南部主陣地發展進攻。至此。登陸階段的任務已告完成。而日海軍聯合艦隊由日本向沖繩航進，企圖與美軍進行海上決戰。
翌日，中國海軍黑龍江艦隊快速航母艦隊從雷達上發現了日海軍部隊。立即出海迎戰。雙方在九州西南海域遭遇，大戰隨即爆發。經過5個小時的大戰，黑龍江艦隊擊沉日軍戰列艦、巡洋艦各2艘和驅逐艦5艘，從而解除了海上威脅。
日潛艇部隊到琉球附近活動，由於中美海軍警戒嚴密而無所作爲，除1艘返航外,其餘14艘均被擊沉。日本陸、海軍航空兵對美軍艦船進行10次大規模攻擊,雖取得一定戰果,但對整個戰局未起決定作用。
7月1日。盟軍已經在琉球島多個地方取得突破，獲得了5個大型登陸場，30餘萬大軍在7月1日中午前全部登陸琉球羣島。
7月2日美陸戰第3軍的2個師向沖繩島北部順利推進，佔領該島北半部和伊江島。陸軍第24軍的2個師向南進攻，遭到日軍頑強抵抗。進展緩慢，24日始突破牧港防線。爾後。美軍調整部署，陸戰第1師、步兵第77師投入南線作戰。
7月3日，日軍進行全面反擊，一天內出動了三千餘架次自殺式飛機和汽艇，給盟軍造成了巨大的損失和人員傷亡。
但是盟軍方面依然沒有後退，經過7天的苦戰，終於擊垮了日軍的反撲。總反擊失利之後，遂收縮陣地。在盟軍兩翼包圍下,於12日放棄首裡防線,向南部防線轉移。
13日，美第10集團軍司令巴克納在視察前沿時陣亡，陸戰第3軍司令.蓋格少將接替其職務。14日，琉球羣島爆發反對日軍的5萬人大起義，令人驚訝的是，起義軍不但擁有大量的先進武器裝備，同時還擁有大量的指揮官。
在當地起義部隊的配合下，盟軍很快就突破日軍南部防線，將日軍分割包圍在了島上個地方。次日凌晨，日軍第32集團軍司令牛島滿及其參謀長剖腹自殺。
經過三天的肅清戰鬥，盟軍終於在7月19日徹底控制了琉球羣島，戰役結束。
是役，日軍死亡66000人,被俘37455人，17000受傷。島上居民死亡約7萬人，損失飛機7830架，艦艇被擊沉16艘、擊傷4艘。美軍傷亡5萬餘人，其中12513人死亡，38916人受傷，損失飛機763架，損失坦克372輛，艦艇被擊沉36艘,擊傷168艘。中國陸軍在此次戰鬥中損失了4萬餘人，其中陣亡7867人，傷24578人，另外還有9艘軍艦被擊沉，28艘運輸船被擊傷，112架轟炸機被擊落.
此次戰役盟軍雖然損失慘重，中美兩國共計有近9萬人傷亡，近200艘戰艦船隻被擊沉擊傷，但是卻打開了日本本土的西南門戶，取得了進攻日本本土的海空基地，爲在日本本土登陸作戰創造了有利條件。
而戰役期間美軍在沖繩羣島諸島上建立起的航空基地網，進駐了大量的航空兵力，不僅可以有效地阻截日軍來襲的飛機，而且還可以起飛轟炸日本本土的中心地帶，進一步加強對日本本土的戰略轟炸。
不過此次戰役也讓美軍認識到了日軍的戰鬥意志依然頑強，以十萬守軍，面對美軍絕對優勢的海空兵力和地面部隊，在近乎孤立無援的情況下，堅持戰鬥了近1個月，雖然最終以失敗告終，但是卻給盟軍造成了巨大的損失，顯示了日軍抗登陸能力之高，戰鬥意志之頑強。
而日軍在反登陸作戰中所採取的戰術，也爲劣勢軍隊組織有效的抗登陸戰，提供了有益的經驗，日軍主要憑藉坑道、天然巖洞和山地反斜面陣地，儘量削弱美軍的火力優勢，並積極開展近戰、夜戰，組織小部隊頻繁實施猛烈反擊，消耗盟軍的有生力量，使美軍深刻意識到對日本本土的登陸將遇到更加激烈和殘酷的戰鬥。
攻佔琉球羣島之後，盟軍並沒有立即開始對日本本土進行登陸作戰，因爲根據琉球登陸戰的結果，美國聯合參謀部上報羅斯福一份研究報告稱，如果對日本本土進行全面的大規模的登陸作戰的話，盟軍每千人日的陣亡率將高達1.78，陣亡率爲7.45。這意味着在登陸日本行動開始到結束將有160萬盟軍傷亡，其中死亡或失蹤40萬。
對於聯合參謀部的這份報告，美軍在太平洋上的主要江鈴尼米茲和沒卡死都表示贊同，雖然與她們的傷亡估計有一些差距，但是差距並不是很大，這份報告基本上是準確的。
隨後，美國戰爭部部長史汀生的幕僚曾委託威廉.肖克利完成了一份報告，其中評估征服日本將造成170萬到400萬的美軍傷亡，其中死亡40萬到80萬人。而日本方面僅死亡就可達500萬到1000萬人，這個評估考慮了日本普通國民參戰的因素。
如此巨大的傷亡估計，讓美國政府不得不暫停對日登陸行動，並且緊急與中國和蘇聯方面取得聯繫，商討此事。
陳鋒的意思很明確，要麼就進行登陸作戰，要麼就想方設法迫使日本政府投降，用他的話說，中國的200萬國防軍已經整裝待發做好了戰鬥準備，隨時準備登陸日本列島。
斯大林也覺得對於日本這個彈丸小國沒必要容忍太多，現在歐洲戰場的戰事已經結束，蘇聯可以在短期內抽調超過150萬的部隊參加登陸日本的作戰，如果美國沒有更好的辦法的話，那麼只能繼續執行登陸作戰了。
事實上羅斯福現在也很糾結，一方面他擔心登陸作戰將會給美軍造成巨大的兵員傷亡，一方面卻又沒有好的辦法迫使日本人無條件投降，而作爲美國盟友的中國和蘇聯卻都堅持攻佔日本列島，徹底掃清太平洋地區的這顆水雷，他確實難以抉擇。
然而，天無絕人之路，就在羅斯福糾結的時候，負責曼哈頓工程的理論物理學家.奧本海默親自向羅斯福彙報，說一顆實驗性原子彈已經完成了最後裝配，請求進行爆炸試驗。奧本海默的彙報讓羅斯福想到了解決眼下難題的辦法，隨即同意進行試驗。