然而，就在双方一触即发的时候，琉球群岛却发生了一件惊天的大事，致使整个琉球登陆战发生了巨大的变化。
1944年6月28日晚，3000多武装到了牙齿的琉球居民在数百个身穿黑色战衣的年轻人的带领下，趁夜幕袭击了那霸日本海军军港，炸伤一艘巡洋舰，炸沉一艘鱼雷艇，同时还打死打伤大量的日本士兵。
负责冲绳保卫战的牛岛满中将得知消息后大惊失色，立即派出部队镇压。然而令日军感到愤怒的是，那些突然出现的士兵像突然消失了一般，任凭日军怎样搜查都没有半点踪迹。
此时冲绳保卫战即将打响，牛岛满中将深知在岛上有这么一支神秘部队潜伏着，将会给守军造成多大的压力，因此不顾副官的劝阻，派出大军对琉球岛所有居民进行审查甄别，在很短的时间内便有大量的琉球居民被抓紧了宪兵司令部，还有一些居民因为不在家中，因此被日军认为是畏罪潜逃，家人和子女被抓入大牢，一时间，岛上居民是风声鹤唳，气氛十分紧张。
日军虽然抓了不少人，但是却依然没有找到那支神秘的敌军，就在日军刚打算把此事先放一放，专心对付盟军登陆部队时，这支部队突然再次出现，这次他们袭击的目标是琉球岛上的一个军火仓库，一个步兵中队的守军被全歼，十余万吨物资被毁。
6月30日，盟军前线最高指挥官麦克阿瑟下达了对琉球群岛登陆作战的命令。三十余万大军在一千多艘各种船只军舰的协助下在琉球东南、西南方向展开登陆作战。
担任首批登陆的部队由美军第10集团军和中国国防军第九集团军组成，美军下辖4个师13万人，中国方面的第九集团军下辖4个整编师和两个炮兵旅合计15万人。盟军由美英两军的航母机动部队，以及美第20、第21战略轰炸部队等，担任掩护和支援。
战斗开始之前，盟军对九州、四国进行了大规模的空袭行动，以此来牵制日军各个部队。与此同时，第九集团军整编第34、35、36师以及美军的第10集团军各突击梯队进行海上航渡。
30日上午10时起。舰载机群和舰炮对庆良间列岛和冲绳岛实施预先火力准备，摧毁岛上部分机场和暴露的防御设施，消灭了日军近海攻击艇队。
下午三时，盟军开始在庆良间列岛登陆，取得了舰船停泊场和后勤补给基地。开始对冲绳岛实施直接舰炮和航空火力准备。第九集团军整编第34、35师在羽具岐南北9公里地段突击登陆。当天即有3个师约9万人及大批坦克、火炮上陆，建立了正面18公里、纵深12公里包括两个机场在内的登陆场。
同时，美陆战第2师在冲绳岛东南港川海面实施佯动。中部地区，将该岛拦腰切断，并开始向北部和南部主阵地发展进攻。至此。登陆阶段的任务已告完成。而日海军联合舰队由日本向冲绳航进，企图与美军进行海上决战。
翌日，中国海军黑龙江舰队快速航母舰队从雷达上发现了日海军部队。立即出海迎战。双方在九州西南海域遭遇，大战随即爆发。经过5个小时的大战，黑龙江舰队击沉日军战列舰、巡洋舰各2艘和驱逐舰5艘，从而解除了海上威胁。
日潜艇部队到琉球附近活动，由于中美海军警戒严密而无所作为，除1艘返航外,其余14艘均被击沉。日本陆、海军航空兵对美军舰船进行10次大规模攻击,虽取得一定战果,但对整个战局未起决定作用。
7月1日。盟军已经在琉球岛多个地方取得突破，获得了5个大型登陆场，30余万大军在7月1日中午前全部登陆琉球群岛。
7月2日美陆战第3军的2个师向冲绳岛北部顺利推进，占领该岛北半部和伊江岛。陆军第24军的2个师向南进攻，遭到日军顽强抵抗。进展缓慢，24日始突破牧港防线。尔后。美军调整部署，陆战第1师、步兵第77师投入南线作战。
7月3日，日军进行全面反击，一天内出动了三千余架次自杀式飞机和汽艇，给盟军造成了巨大的损失和人员伤亡。
但是盟军方面依然没有后退，经过7天的苦战，终于击垮了日军的反扑。总反击失利之后，遂收缩阵地。在盟军两翼包围下,于12日放弃首里防线,向南部防线转移。
13日，美第10集团军司令巴克纳在视察前沿时阵亡，陆战第3军司令.盖格少将接替其职务。14日，琉球群岛爆发反对日军的5万人大起义，令人惊讶的是，起义军不但拥有大量的先进武器装备，同时还拥有大量的指挥官。
在当地起义部队的配合下，盟军很快就突破日军南部防线，将日军分割包围在了岛上个地方。次日凌晨，日军第32集团军司令牛岛满及其参谋长剖腹自杀。
经过三天的肃清战斗，盟军终于在7月19日彻底控制了琉球群岛，战役结束。
是役，日军死亡66000人,被俘37455人，17000受伤。岛上居民死亡约7万人，损失飞机7830架，舰艇被击沉16艘、击伤4艘。美军伤亡5万余人，其中12513人死亡，38916人受伤，损失飞机763架，损失坦克372辆，舰艇被击沉36艘,击伤168艘。中国陆军在此次战斗中损失了4万余人，其中阵亡7867人，伤24578人，另外还有9艘军舰被击沉，28艘运输船被击伤，112架轰炸机被击落.
此次战役盟军虽然损失惨重，中美两国共计有近9万人伤亡，近200艘战舰船只被击沉击伤，但是却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。
而战役期间美军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。
不过此次战役也让美军认识到了日军的战斗意志依然顽强，以十万守军，面对美军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，坚持战斗了近1个月，虽然最终以失败告终，但是却给盟军造成了巨大的损失，显示了日军抗登陆能力之高，战斗意志之顽强。
而日军在反登陆作战中所采取的战术，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，尽量削弱美军的火力优势，并积极开展近战、夜战，组织小部队频繁实施猛烈反击，消耗盟军的有生力量，使美军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。
攻占琉球群岛之后，盟军并没有立即开始对日本本土进行登陆作战，因为根据琉球登陆战的结果，美国联合参谋部上报罗斯福一份研究报告称，如果对日本本土进行全面的大规模的登陆作战的话，盟军每千人日的阵亡率将高达1.78，阵亡率为7.45。这意味着在登陆日本行动开始到结束将有160万盟军伤亡，其中死亡或失踪40万。
对于联合参谋部的这份报告，美军在太平洋上的主要江铃尼米兹和没卡死都表示赞同，虽然与她们的伤亡估计有一些差距，但是差距并不是很大，这份报告基本上是准确的。
随后，美国战争部部长史汀生的幕僚曾委托威廉.肖克利完成了一份报告，其中评估征服日本将造成170万到400万的美军伤亡，其中死亡40万到80万人。而日本方面仅死亡就可达500万到1000万人，这个评估考虑了日本普通国民参战的因素。
如此巨大的伤亡估计，让美国政府不得不暂停对日登陆行动，并且紧急与中国和苏联方面取得联系，商讨此事。
陈锋的意思很明确，要么就进行登陆作战，要么就想方设法迫使日本政府投降，用他的话说，中国的200万国防军已经整装待发做好了战斗准备，随时准备登陆日本列岛。
斯大林也觉得对于日本这个弹丸小国没必要容忍太多，现在欧洲战场的战事已经结束，苏联可以在短期内抽调超过150万的部队参加登陆日本的作战，如果美国没有更好的办法的话，那么只能继续执行登陆作战了。
事实上罗斯福现在也很纠结，一方面他担心登陆作战将会给美军造成巨大的兵员伤亡，一方面却又没有好的办法迫使日本人无条件投降，而作为美国盟友的中国和苏联却都坚持攻占日本列岛，彻底扫清太平洋地区的这颗水雷，他确实难以抉择。
然而，天无绝人之路，就在罗斯福纠结的时候，负责曼哈顿工程的理论物理学家.奥本海默亲自向罗斯福汇报，说一颗实验性原子弹已经完成了最后装配，请求进行爆炸试验。奥本海默的汇报让罗斯福想到了解决眼下难题的办法，随即同意进行试验。