十三时三十五分，美军第二攻击波到达日舰上空，由于第58特混编队第四大队的飞机比其他两个大队的飞机晚起飞，因此这一攻击波不是集中攻击，而是分成几个波次进行的，持续不断的攻击反而使日军没有喘息之机，对美机的攻击疲于应付，让美机连连得手，美机的攻击有章有法，节奏分明，首先战斗机扫射，压制日舰高射炮火，并乘机投下所携的炸弹，接着鱼雷机集中对“大和”左舷进行攻击，这时“大和”号航速大减，高射炮炮手多被美军战斗机消灭，不仅毫无还手之力，连招架之功也很勉强。十三时三十七分，三条鱼雷命中左舷，海水大量涌入，舰体开始左倾，“大和”号有完善而庞大的注排水系统可以迅速消除舰体倾斜，但一枚450公斤炸弹正巧命中了注排水控制舱，将所有的调节阀门炸毁，无法进行排水，只得采取向右舷对称注水的办法，舰长甚至不等右舷最大的舱室主机舱和主锅炉舱的人员撤出就下令注水，两个舱室数百官兵很快被汹涌而入的海水淹死，总共向右舷注入了3000吨海水，牺牲了数百名舰员和全舰一半的动力，致使“大和”号只能使用左舷一半的动力运转，航速锐减，再也无法进行有效的机动，即使付出这样巨大的代价，还没将左倾消除，美机的攻击又接踵而至，七分钟后，又有两条鱼雷命中左舷，刚刚有所恢复的左倾再度加剧，而且舵机失灵，“大和”号升起了遇难旗，航速只剩下7节，甲板上到处是弹洞，被炸开的钢板四下翻卷，由于左倾已达15度，大口径高炮已经无法操纵，只有25毫米的机关炮还能勉强射击。十四时零二分，一批美机俯冲而下，投下的炸弹有三枚在左舷中部爆炸，使其左倾加大到35度。十四时零七分，一条鱼雷击中右舷，此时“大和”号上层建筑面目全非，全舰被浓烟烈焰所包围，完全丧失了机动能力，防空火力微乎其微，又不能进行机动来规避，沦落到任人宰割的地步。十四时十二分，四架美军鱼雷机冲出云层从容实施攻击，如同是在进行鱼雷攻击表演，美机攻击动作十分完美，投下的鱼雷有两条命中左舷中部和后部。“大和”号升起了紧急求救信号旗，通知驱逐舰靠帮接走舰员，但驱逐舰知道“大和”号弹药舱里近2000发460毫米主炮炮弹只发射了3发，现在随时都有爆炸的可能，都不敢靠近，“大和”号的左倾急剧增大，舰员已经无法站立，很多人不等舰长下达弃舰命令就自行跳海逃生，舰长有贺见此情景，也知道“大和”号已经无可挽救，只得下令弃舰。十四时十五分，又有一条鱼雷击中左舷中部，伤痕遍体的“大和”号再也经受不住，左倾达到80度，甲板几乎与海面垂直，终于在十四时二十分倾覆沉没，460毫米前主炮炮膛里的炮弹滑落下来，撞穿了弹药舱甲板，引爆了舱中的炮弹，剧烈的爆炸简直将“大和”号舰体炸断，烈焰冲天而起，翻*的蘑菇状烟柱竟高达1000米，甚至连110海里外鹿儿岛的居民都看到了大爆炸的火光与浓烟，海面上顿时出现一个深达50米的旋涡，不多时，后主炮炮塔里的弹药也在水下爆炸，钢铁的碎片从水下飞溅而出，爆炸的气浪连海面上挣扎的水兵都感到一阵窒息，伊藤中将和有贺大佐以下2498名舰员随舰葬身海底，只有269人获救。——这些生还者于1967年组成名叫“大和会”的战友会，并在臭名昭著的靖国神社树立纪念碑，碑上刻有一幅“大和”号的浮雕，碑顶放有一枚“大和”号460毫米主炮的穿甲弹，经常聚会追忆往昔。作为倭国海军联合舰队象征，排水量6.8万吨的巨型战列舰“大和”号的沉没，标志着联合舰队的彻底覆没，同时也宣告了巨舰大炮主义的彻底破产。
在美军攻击“大和”号的同时，部分美机也对“矢矧”号巡洋舰和驱逐舰发动了攻击，“矢矧”号已经丧失了机动能力，美军轰炸机和鱼雷机进行的攻击动作漂亮、出色，简直是教科书式的表演，“矢矧”号累计被击中七条鱼雷和十二枚炸弹，于十四时零五分倾覆沉没。
“矶3”号、“朝霞”号和“霞”号驱逐舰也先后遭到重创，不得不自行凿沉。
当“大和”号沉没后，第四十一驱逐舰大队大队长吉田正义大佐接替指挥，他一面组织残余舰只打捞落水人员，一面向联合舰队司令发电报告战况并请示下一步行动指示。十六时三十九分，联合舰队司令丰田鉴于预期计划已无法实现，决定终止海上特攻，吉田随即率领余下的4艘驱逐舰带着创伤，于8日回到了佐世保基地。
美军的战列舰、巡洋舰编队还未投入战斗，日军的这支海上特攻舰队就被美军舰载机所消灭，美军共出动舰载机386架次，其中战斗机180架次，轰炸机75架次，鱼雷机131架次，被日舰击落10架。
倭国海军在冲绳海域活动的11艘潜艇，由于美军反潜兵力雄厚，警戒严密，未获任何战果反被击沉8艘，至此，倭国海军对冲绳岛守军的支援均告失利，虽然其空中特攻作战给美军造成不小的损失，但对整个登陆战役，起不了决定性的影响。
“大和”号的沉没，正式宣告了战列舰作为海战战场主角的时代已经彻底终结了。
与盟军在海空作战取得的辉煌胜利，甚至和琉球岛中部和北部几乎是一帆3顺的地面战斗不同的是，美国陆军第二十四军对南部地区的进攻却非常艰难，因为日军在冲绳岛的主力就部署在南部，而且充分利用悬崖峭壁、深沟高谷等险峻地形构筑起坚固隐蔽的防御工事，所以美军进展极其缓慢。牛岛原本在大本营的一再督促下，准备于4月8日发动对机场总反击，但在4月7日下午，发现那霸附近海面有美军数百艘舰船活动，牛岛担心美军会从反击部队的侧后实施登陆，加上他本来对这次反击就不积极，正好以此为借口取消了反击，而将全部兵力用于依托工事进行坚守防御，给二十四军造成了很大困难。
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