3月23日，布蘭迪海軍少將指揮由18艘護航航母、15艘驅逐艦、19艘護衛艦、70艘掃雷艦以及一些炮艇、獵潛艇等小型艦艇組成的第52特混編隊，其任務是對登陸作戰實施支援，也被稱為兩棲支援編隊，開始對大島接近航道進行掃雷，護航航母則出動艦載機對大島、衝永良部島日軍進行轟炸，以掩護掃雷行動。
3月25日，支援編隊中的2艘巡洋艦和3艘驅逐艦對衝永良部島實施預先火力準備，同時掩護水下爆破大隊偵察各島嶼登陸地點的海灘情況，結果發現久場島和屋嘉比島兩島嶼預定登陸點的水下密布暗礁，登陸艇無法直接駛上海灘，隻能使用履帶登陸車，這樣一來，現有履帶登陸車的數量就不能滿足在六個島嶼同時登陸的需要，因此美軍臨時改變計劃，先隻在其他四個島嶼登陸。
3月26日淩晨，戴約少將指揮的第51特混編隊第一大隊的11艘戰列艦、11艘巡洋艦、24艘驅逐艦和8艘護衛艦對大島實施炮火準備，吸引日軍的注意力，掩護在衝永良部島的登陸。
四時三十分，支援編隊開始對衝永良部島實施登陸前的炮火準備，七時許，第七十七師由430餘艘登陸艦艇運送，兵分四路，在海空火力支援下，同時在坐間味島、阿嘉島、慶留島和外地島登陸，日軍抵抗非常微弱，至黃昏時分，美軍已占領上述四島，並開始在慶良間海峽布設
浮標等錨地設施。入夜後，日軍以自殺飛機和自殺艇對登陸美軍進行了特攻襲擊，雖給美軍造成了一些損失，但對整個戰鬥已沒有多大影響。3月27日，美軍擴張戰果，向其餘島嶼發展進攻，很快就占領了整個衝永良部島。3月31日，美軍七十七師又占領了衝永良部島與大島之間的慶伊瀨島（距大島約6海裏），由兩個155毫米炮兵營組成的野戰炮兵集群迅速上島建立陣地，以便支援從次日開始的在大島的登陸。美軍攻占衝永良部島後，下一個目標毫無疑問就是大島了，而對大島的炮火準備從3月26日就已經開始了。
3月26日四時，德約少將的第51特混編隊第一大隊開始炮擊大島，天亮後，美軍第58特混編隊的航母艦載機和第52特混編隊第一大隊的護航航母艦載機以及從馬裏亞納、菲律賓甚至中國大陸基地起飛的陸軍航空兵也對大島進行了持續而猛烈的轟炸，參加轟炸的飛機數量多，任務也各不相同，有的對日軍機場進行壓製性轟炸；有的轟炸日軍防禦工事；有的為艦炮火力進行校正；有的擔負空中警戒；有的進行反潛巡邏……為了有效地進行組織協調，美軍專門成立了由帕克海軍上校為隊長的空中支援控製分隊，對所有參戰飛機進行統一指揮和協調。
3月29日，因為美軍掃雷艦已經將接近大島航道中的水雷清掃幹淨，所以戰列艦、巡洋艦能夠駛到距大島很近的距離，進行精確射擊。至3月30日，美軍的火力準備已經進行了足足五天，而日軍的反應令人詫異至極——沒有任何還擊！要知道在大島上有著十萬日軍，卻跟什麼都不存在一樣，讓美軍感到非常奇怪。
4月1日，天氣晴朗，美軍的登陸終於開始了，來自於舊金山、西雅圖、夏威夷、新喀裏多尼亞島、聖埃斯皮裏圖島、瓜達爾卡納爾島、塞班島和萊特島等地的美軍登陸編隊於拂曉時分到達大島海域，並開始換乘。四時許，特納發出：“開始登陸！”的命令，美軍炮火支援編隊的軍艦隨即開始射擊，掩護登陸部隊搶灘上陸。陸戰二師首先在大島東南海岸登陸，實施佯動，以吸引日軍的注意，分散日軍的兵力，為真正的登陸創造有利條件。八時，美軍登陸的主攻部隊從登陸艦上沿舷側的繩網下到登陸艇上，登陸艇排成五個攻擊波，以整齊的隊形向岸上衝去，陸戰一師、陸戰六師和陸軍第七師、第九十六師，在大島西海岸從北到南正麵約9公裏地段登陸。八時二十八分，美軍飛機結束了最後一次掃射，艦炮也停止了射擊，第一波登陸艇此時距海灘僅70米，海空協同完美無缺。八時三十二分，第一波登陸部隊衝上岸。九時，太陽升起來了，陽光驅散了淡淡的晨霧，可以看到海麵上履帶登陸車和登陸艇排著整齊的隊形，一波又一波，川流不息，秩序井然，整個登陸過程，順利地異乎尋常，日軍根本沒有任何抵抗，使美軍頗有些莫名其妙，不知所以。似乎一夜之間日本人已經放棄了抵抗，但是事實卻並非如此。