日軍原計劃在美軍實施沖繩島登陸時發動代號為「天號作戰」的航空兵戰役,集中陸海軍飛機,對美軍登陸艦艇進行攻擊,當1945年3月26日美軍在慶良間列島登陸時,日軍就判斷美軍對沖繩的登陸已經開始,海軍聯合艦隊司令豐田副武大將立即下令實施「天號作戰」,但作為「天號作戰」主力的海軍駐九州地區第五航空艦隊的岸基航空兵,在1945年3月18日、19日反擊美軍對九州地區的空襲中損失慘重,已無力組織大規模作戰。而海軍其他航空兵部隊大多還在訓練中,陸軍的航空兵則還沒來得及調到九州,因此,日軍只出動了少量飛機進行攻擊。
從1945年3月26日至31日,包括偵察機在內,出動的飛機才100架次,其中自殺飛機約20架次。儘管「天號作戰」草草收場,出擊的自殺飛機數量雖少,還是給美軍造成了一定的損失。
1945年3月31日,美軍第五艦隊司令斯普魯恩斯的旗艦「印第安納波利斯」號重巡洋艦就被日軍的自殺飛機撞中,艦體被撞出兩個大洞,緊急前往慶良間列島搶修,斯普魯恩斯只得改旗「新墨西哥」號戰列艦。至1945年4月5日,日軍共擊沉快速運輸艦1艘,擊傷包括戰列艦2艘、護航航母1艘、巡洋艦3艘在內的39艘各型艦艇。
1945年4月6日、7日,日軍以九州的第五航空艦隊和第六航空軍為主要兵力,台灣和先島群島的第一航空艦隊和第八飛行師團為輔助兵力,出動海軍飛機462架,陸軍飛機237架,共699架,其中自殺飛機355架。擊沉美軍驅逐艦3艘、坦克登陸艦1艘和萬噸級軍火船2艘,擊傷戰列艦、航母、護衛艦和布雷艦各1艘、驅逐艦8艘,美軍傷亡有數百人之多,儘管戰前美軍就估計到了日軍會發動自殺性攻擊,但日軍攻擊之瘋狂、美軍損失之慘烈,仍令美軍膽戰心驚。日軍將這兩天的戰鬥稱為「菊水一號」作戰,出擊的日機共被擊落335架,約占出擊總數的48%。
1945年4月12日、13日,日軍發動了「菊水二號」作戰,因為「菊水一號」作戰中損失的飛機還沒來得及補充,所以出擊的飛機數量要比第一次少,海軍出動200架,陸軍192架,共392架,其中自殺飛機202架。由於兵力不足,日軍在攻擊戰術上作了一些改進,先出動戰鬥機吸引美軍的戰鬥機,當美軍戰鬥機燃料耗盡返回母艦時,攻擊機才飛臨目標上空進行攻擊,同時日軍還開始使用一種新式武器——「櫻花彈」,實際上是火箭助推的載人航空炸彈,由攻擊機攜帶到達戰區後脫離載機,由敢死飛行員駕駛沖向目標,裝有一噸烈性炸彈,由三台固體燃料火箭發動機推進,時速高達800公里,威力很大,美軍則稱之為「八格彈」,這種武器給美軍造成了不小的損失。此次作戰,日軍共擊沉美軍驅逐艦、登陸艦各1艘,擊傷戰列艦1艘、驅逐艦6艘、護衛艦3艘、掃雷艦、布雷艦和登陸艦各1艘,日軍損失飛機205架。
1945年4月中旬開始,美軍為了減少損失,在日機最有可能來的方向派出雷達警戒艦,當發現日機飛來,一邊發出預警,一邊引導空中的戰鬥機前去攔截。此外還在剛占領的沖繩島機場上布置大量戰鬥機,專門用於截擊日軍來犯飛機。
1945年4月16日,日軍發動「菊水三號」作戰,出動海軍飛機391架,陸軍飛機107架,共498架,其中自殺飛機196架,擊沉運輸艦和軍火船各1艘,擊傷航母、驅逐艦、醫院船各1艘,運輸艦2艘,日機損失182架。在此次戰鬥中,美軍的「拉菲」號驅逐艦浴血苦戰,贏得了「不沉之艦」的榮譽,成為美國海軍勇敢和堅強的象徵。當天「拉菲」號擔任雷達警戒艦,早上八時許,發現日軍50餘架飛機飛來,便立即發出預警,並引導空中的戰鬥機前去攔截,由於此時空中雙方飛機混雜在一起,「拉菲」號怕誤傷己方飛機,沒敢開火。很快兩架日軍自殺機猛衝過來,「拉菲」號迅速開火將其擊落,隨即又有20餘架日機從幾個方向撲來,「拉菲」號全力以赴,組織全艦火力對空射擊,日機集中攻擊,使「拉菲」號難以兼顧,先後被三架自殺飛機撞中,其中一架正撞在127毫米尾主炮的炮塔上,劇烈的爆炸當場就將炮塔炸飛,火焰和濃煙噴涌而出,高達60米,甲板上到處是日軍自殺飛機上航空燃油濺灑所引起的燃燒,火勢熊熊,損管隊員冒死拼搏,竭力控制火勢蔓延。緊接著一架日機投下的炸彈命中20毫米高射炮的彈藥艙,引發了更大的爆炸,將舵機炸壞,使「拉菲」號失去了機動能力。不久又有兩架自殺飛機撞上「拉菲」號,進一步加劇了傷勢,「拉菲」號後半部的火炮全部被炸毀,只剩前部4座20毫米炮還在堅持戰鬥,生死搏鬥持續了整整八十分鐘,「拉菲」號共遭到了22架自殺飛機的攻擊,擊落了九架,但被五架撞中,還有四枚炸彈命中,「拉菲」號受到的創傷如此之重,憑著全體艦員的努力,最終沒有沉沒,在350名艦員中,死亡32人,傷71人,幾乎占三分之一。次日被拖船拖到慶良間列島錨地進行緊急搶修。1945年4月22日就能依靠修復的自身動力駛到關島,最後於1945年5月22日駛抵本土西雅圖,在托德船廠進行大修,直到戰爭結束後的9月6日才修復。戰後「拉菲」號於1975年3月退役,1981年被拖到南卡羅萊納州帕特里奧茨角,作為一艘歷史名艦於1982年開始向公眾開放。
日軍這三次菊水作戰都是在白天進行的,雖然容易發現美軍目標,也取得了不少戰果,但代價也相當巨大,對日軍而言,無論是損失的飛機,還是飛行員都很難迅速補充,因此隨後的菊水作戰,日軍只得改為夜間攻擊。
1945年4月21日和22日,日軍出動飛機317架,其中自殺機131架,實施「菊水四號」作戰。
1945年5月4日和11日,日軍為彌補損失的飛機,將水上偵察機也改裝成自殺機,投入特攻攻擊,共出動飛機597架,其中自殺機300架,先後發動了菊水五號和菊水六號作戰。
1945年5月24日、25日和1945年5月27日、28日,日軍又將教練機改裝成特攻機,以增加特攻機的數量,接連發起了菊水七號和菊水八號作戰,總共出動飛機737架,其中自殺機208架。1945年6月3日和21日、22日,日軍竭盡全力,出動飛機502架,其中自殺機114架,發動了菊水九號和菊水十號作戰。
日軍除十次大規模的「菊水作戰」外,只要天氣允許,每天還組織小批飛機出擊,從1945年4月6日至1945年6月22日,零星出擊的飛機總數也高達4109架次,其中自殺機917架次,加上十次菊水作戰出動的飛機,總計7851架次,其中自殺機2423架次,雖被擊落4200餘架,但給美軍造成了巨大損失,共擊沉美軍軍艦33艘,擊傷360餘艘。在美軍被擊沉的33艘軍艦中26艘是被自殺機擊沉的,占沉沒軍艦總數的78.8%。就連米切爾的旗艦「邦克山」號航母也於1945年5月11日日軍發動的菊水六號作戰中被兩架自殺機撞中,損傷極其嚴重,艦員死亡和失蹤達396人,傷264人,其中一架自殺機撞上母艦時發動機被爆炸的氣浪彈飛進米切爾的司令部所在艙室,使艙內14名參謀軍官當場陣亡,米切爾只好率司令部的其餘人員轉移到「企業」號航母上,不料三天後,「企業」號也遭到了自殺機的撞擊,失去航行能力,使得米切爾在三天裡兩易旗艦。由於日軍自殺機的瘋狂攻擊,美國海軍的高級將領不得不一直留在沖繩海域指揮作戰,相比之下,英軍參戰的4艘航母都遭到了日軍自殺機的撞擊,但損傷遠比美軍小,這是因為英軍航母具有裝甲飛行甲板和設計堅固的封閉機庫結構,所以抗損傷能力和耐撞擊能力要比美軍航母強的多。
日本海軍聯合艦隊經雷伊泰灣一戰後,其主力已折損大半,殘餘的水面艦艇退至汶萊,整編為第二艦隊,由伊藤整一海軍中將接替因在雷伊泰灣海戰中出現重大指揮失誤而被撤換的栗田健男出任司令,並於1944年11月24日回到日本本土的吳港。1945年3月17日,聯合艦隊判斷美軍對沖繩的登陸迫在眉睫,命令第二艦隊前出至瀨戶內海西部的德山錨地,做好隨時出擊的準備。
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