美軍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；攻占伊江島的第七十七師接替九十六師，投入南線；九十六師則休整十天，再替換第七師休整。美軍完成調整後，以四個師展開攻擊，采取兩翼包抄戰術，迂回夾擊日軍主要防線，以加快作戰進程。太初二十四年4月24日，美軍終於取得了進展，克服了日軍的頑強抵抗，突破了持守防線。
太初二十四年5月4日，牛島見美軍步步進逼，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，配合主力從正麵發動的攻擊，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麵炮火的轟擊，還未上岸就被消滅了，正麵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，每門炮平均每天隻有十發炮彈，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，給予美軍更大的殺傷。不過考慮到日軍一向的蠻勇精神，牛島能讓這些腦子裏全是肌肉的家夥憋如此之久已經算是奇跡了。
太初二十四年5月8日，美軍投入了新型的噴火坦克和重型坦克，冒著日軍的槍林彈雨，碾壓日軍的戰壕，衝入日軍的陣地，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，接著美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，如此周而複始，日軍防區逐漸縮小。
太初二十四年5月19日，奧山和各小隊隊長以及飛行隊長討論了作戰方案，決定奧山指揮三個小隊搭乘八架飛機攻擊瀨戶內機場，渡邊大尉則率領兩個小隊搭乘四架飛機攻擊持守機場，定於太初二十四年5月23日發起攻擊。由於天氣原因，推遲到太初二十四年5月24日。當天十八時四十分，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大島時被美軍擊落，機上所載人員全部喪生，隻有四架於二十二時抵達目的地，日機以機腹著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，頓時兩處機場都燃起衝天大火，美軍守備部隊這才反應過來，急忙開火還擊，經過短暫交戰，在兩處機場上降落的突擊隊員連同機組人員共56人，全被消滅，美軍亡2人，傷18人，有七架飛機被擊毀，二十六架飛機被擊傷，還有七萬餘加侖的航空汽油被燒毀，損失巨大。持守機場的大火到26日二十時才被撲滅，瀨戶內機場上的大火更是燃燒了三天三夜，直到27日早上才被撲滅，這兩機場也就因此癱瘓了近三天三夜，可惜26日和27日，天氣不佳，日軍無法利用空降分隊創造的有利戰機發動航空兵攻擊，但日軍在如此不利的戰局下，特別是基本喪失製空權的情況下敢於實施這樣一次敢死空降突擊，完全出敵不意，取得了不小戰果，其中的經驗教訓很值得研究，至少中國棗林國防大學還是將這一行動列為指揮係的一個重點案例。
大島上的激戰仍在進行，美軍於太初二十四年5月27日攻占了那霸，並繼續向大島的首府首裏城攻擊前進。太初二十四年5月31日，美軍終於取得了重大進展，突破了日軍核心防禦地帶首裏防線，海軍陸戰隊攻入了已是一片廢墟的笠利，第十集團軍司令巴克納滿心喜悅以為最後一座大島城鎮被占領，意味著戰鬥即將結束，但他的想法大錯特錯了，日軍困獸之鬥反而更加瘋狂，而他則更加會為了這種瘋狂而付出最慘重的代價！牛島率餘部後退了約十公裏，退到島北端精心準備的最後防線，這是由兩座山峰構成的天然屏障，地勢崎嶇險峻，日軍充分利用地形，築有巧妙隱蔽的炮位和坑道工事，牛島決心以此為依托，戰至最後一兵一卒。因此日軍的抵抗絲毫沒有減弱，美軍主要依靠噴火坦克開路，不少渾身著火的日軍衝出陣地，抱住美軍士兵同歸於盡，美軍前進每一米依然非常艱難，麵對日軍更加瘋狂的抵抗，美軍還以更猛烈的炮火，美軍的海陸空密集火力對日軍據守的島南部幾平方公裏地區進行了最猛烈的轟擊，日軍雖然隻剩下三萬餘人，大炮也損失過半，彈藥更是所剩無幾，但仍是死戰不退。太初二十四年6月3日，哈爾西急於從被動挨打的鹿兒島海域脫身，一麵在鹿兒島群島各島嶼設立雷達站，形成早期預警雷達網；一麵從菲律賓調來了部分海軍陸戰隊航空兵的戰鬥機部隊，進駐大島機場。然後親率第38特混編隊北進，襲擊日軍在九州地區的航空基地。