察知大和号出击时，负责进攻冲绳的美第5舰队司令长官雷蒙德·阿姆斯·斯普鲁恩斯上将原意是进行战舰决战，但由于日本舰队其后行踪不明，最终决定由Mitscher中将的第58机动部队实行航空攻击。
10时前后，于冲绳以东位置的8只空母出动数波共约400架的攻击队。攻击队由F6F战斗机、F4U战斗机、SB2C俯冲轰炸机、TBF鱼雷机组成。其他支援舰艇则准备于航空攻击失败的时候阻止日本舰队前进。美军攻击队约花了2小时由冲绳飞抵日本舰队对空攻击射程外集结包围与组织。
第1波攻击队于12时30分开始攻击。日本舰队开始以速度25节作回避行动与对空战斗。大和约有150座对空火器。美雷击机集中向大和左舷发起攻击。12时46分，矢矧的轮机部分被鱼雷击中，无法航行。其后矢矧被至少6枚鱼雷与12发炸弹命中。欲救助矢矧的矶风亦受到攻击，重创后无法航行。矢矧于14时5分沉没。第1波攻击时大和被炸弹2发与鱼雷1枚命中，造成速度下降，舰尾发生火灾。凉月被重创而脱队、滨风沉没。而轮机故障的朝霜相信在大和等被空袭之前已经被击沉。
第2波第3波攻击
13时20分至14时15分间，第2波与第3波攻击队来袭。攻击集中于大和号，大和至少被8枚鱼雷与15发炸弹命中。炸弹造成的损害导至对空射击能力下降。鱼雷集中命中左舷。13时33分，向右舷的轮机室与锅炉室注水维持平衡。很多船员不知情而被水浸死。右舷轮机丧失与大量浸水使速度降至10节。低速前进的大和成为鱼雷攻击机的极好目标，攻击集中于舵与船尾。
14时2分，知道大和即将沉没的伊藤中将下令作战中止，船员离舰。14时5分，大和开始倾覆。伊藤中将与舰长有贺幸作大佐拒绝离舰。14时20分，大和开始沉没。14时23分，大和弹药库爆炸。爆云于200公里外的鹿儿岛亦可目击到。(北纬30度22分，东经128度04分表达错误:
未预料的 / 运算符;表达错误: 未预料的 / 运算符)
归还
16时39分，第1游击部队指挥官下达救助乘员，反回佐世保的命令。在这海战中日本侧大和、轻巡矢矧、驱逐舰滨风被击沉、霞与矶风无法航行而自沉。分离行动中的朝霜沉没(全员战死)。凉月于损失舰首后返回佐世保。损伤较小的驱逐舰冬月、雪风、初霜救助了大和生存者280名、矢矧生存者555名，矶风、滨风、霞生存者800名以上，载着生还者返回佐世保。约3,700人战死。
美军机有10架被对空炮火击落，战死者合计12名。有证言说美战斗机用机枪攻击日军海面生存者。但另一方面，亦有证言说驱逐舰救助生存者期间美军机没有作出攻击。
此次海战期间，日本陆军于冲绳向美舰队发动攻击。4月7日有大约115架飞机向美军舰艇进行攻击，其中大部份为特攻机。日军在攻击行动中损失飞机约100架。