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尼米兹于1945年1月27日抵达关岛新指挥部，斯普鲁恩斯也于同日在乌里锡走马上任。2月2日，尼米兹自关岛总部飞抵乌里锡，登上第5舰队旗舰〃印第安纳波利斯〃号，与斯普鲁恩斯将军商讨即将开始的硫黄岛战斗。尼米兹所以决定放弃日军重兵防守的台湾，而攻占硫黄岛和冲绳岛，是因为这两岛离日本本土很近，可以作为直捣东京的战斗机、轰炸机的出击基地和紧急降落基地。
硫黄岛是小笠原群岛中硫黄列岛的主岛，位于东京以南700余海里的洋面上。空中侦察表明，这个由熔岩和火山灰烬形成的、整日弥漫雾气和硫黄气体的荒岛是个易守难攻之地。由于该岛为日军〃内防御圈〃上关键性的链环，日军在此精心营造了极为坚固的海上堡垒。霍兰·史密斯将军在研究了空中摄影的照片后，宣称〃此处是我们最难攻占的地方〃，并忧心忡忡地预计美军要伤亡2万人。
自1944年8月对此岛开始的空中目标袭击并未取得明显成效，日军的防御设施有增无减，已由原来的450处，发展到700多处。岛上原有2个机场，现已扩增为3个。显然，日军把防御工事筑到火山熔岩中去了，工事上覆盖的黑色火山灰层减弱了炸弹和炮弹的破坏力。
无论未来的战斗将如何艰巨，攻占该岛的意义已经十分明确，问题在于进攻将怎样实施。斯普鲁恩斯决定用第58特混舰队的飞机摧垮东京地区的航空基地网，以保护硫黄岛外的美国舰只不受日机空袭。这是自1942年4月社利特尔的〃东京上空10分钟〃行动以来，第一次用航空母舰袭击日本。斯普鲁恩斯计划用两天多的时间来完成这次袭击。快速航空母舰可在乌里锡完成补给，2月16日驶到日本外海。
尼米兹同斯普鲁恩斯商讨之后飞抵塞班岛，视察进攻硫黄岛的部队进行最后一次登陆演练。陆战队有3个师执行这次作战任务：第4师、第5师担负进攻，第3师为后备师。巡视结束后，尼米兹飞返关岛。
2月16日黎明，尼米兹焦急地期待着轰击硫黄岛和空袭东京的消息。上午7时，尼米兹从东京广播电台获悉：美军袭击了东京机场。几乎在同一时间，尼米兹得到报告，海军已开始对硫黄岛发起炮击，B－29型轰炸机正飞往北面，向硫黄岛作日常空袭。尼米兹在一张纸上写下了第259号战报：
米切尔中将率太平洋舰队的一支强大特混舰队，正在袭击东京及乐京周围敌人的飞机、空军基地和其他军事目标。
这是经过长期筹划和太平洋全体官兵一心向往的一次战斗行动。
太平洋舰队海上部队正在轰击硫黄岛。太平洋海区的战略轰炸机正在轰炸硫黄岛和小笠原群岛上的敌军阵地。舰队部队在第5舰队司令斯普鲁恩斯将军指挥下作战。
《纽约时报》用如下通栏标题报道了这次军事行动〃美国舰队1200架飞机袭击东京，舰艇的大炮与飞机同时轰击硫黄岛。〃
《时代》周刊指出：〃在日本近海集结了美国最强大的海上力量，开始以航空母舰袭击日本本岛，距离之近，足以使'恶妇'式、'俯冲轰炸'式和'海盗'式飞机对东京街道进行扫射，实施惩罚性袭击。这是太平洋战争以来最果敢的作战行动。〃
2月19日，斯普鲁恩斯向尼米兹报告了两天来袭击东京的战果：空中击落敌机332架，地面击毁177架，摧毁许多机场和航空站的机库、机棚和设施。
同一天上午11时，美军开始发起进攻硫黄岛的战斗。大病初愈的特纳中将亲自指挥两栖作战编队的火力支援。舰炮火力通过压制性的急促射击，使日本守军钻入地下。第58特混舰队的百余架舰载机在硫黄岛上空呼啸盘旋，火箭弹、普通炸弹和燃烧弹同时使用，并用机枪频频进行扫射。接着，舰队又开始舰炮射击，岛上硝烟滚滚，遮天盖地。
美军认为，如此猛烈的炮火支援，加上占绝对优势的兵力实施突击，第一波进攻完成预定计划应无问题。特纳甚至认为，美军在4天内即可占领该岛。然而，美军遇到了出乎意料的强大阻力。在水际滩头，两栖坦克陷入松软的土层中无法前进；后续登陆艇不能抢滩上岸，处于坐底倾斜状态，艇内甚至灌进了海水。当美军的压制炮火射击一结束，日军的机枪、迫击炮和大口径炮即开始还击，致使美军陆战队员遭受重大伤亡。第一天上陆的3万人中，到天黑时已有2400人阵亡。
2月20日，进攻中部地区的海军陆战队占领了1号机场，右翼部队开始进入东北部的丘陵地区，左翼战斗队开始突击西南端苏里巴支死火山的山坡。登陆部队利用手榴弹、火焰喷射器消灭隐蔽在山洞和岩穴中的敌人。用了将近3天的时间，才攻下这个山头。
21日傍晚，日军开始反击。当时，约有20架〃神风〃敢死队的飞机飞临硫黄岛上空，并冲向美登陆支援编队的护航航空母舰，击沉〃俾斯麦海〃号，重创〃萨拉托加〃号，另有3艘战列舰被击伤。
在战斗进行得最为激烈的时候，美国报界一片哗然。报界认为，这次战斗比塔拉瓦战役更加糟糕。一家华盛顿的报纸建议：〃让我们的部队喘口气吧——给日本人放毒气。〃对美军来说，使用毒气显然是消灭岛上藏于洞中的日军最为实用的方法，也可能比使用枪弹、凝固汽油弹和火焰喷射器更为仁慈。尽管美日双方均未签署宣布毒气战为非法的《日内瓦公约》，但罗斯福和尼米兹均未下使用毒气的决心。尼米兹后来承认，当时由于道义上的顾虑，没有使用毒气，而〃牺牲了大量优秀的陆战队员〃。
美军原计划5天拿下硫黄岛，结果整整打了36天。3月25日才将岛上的残敌基本肃清。硫黄岛一役·登陆一方的伤亡人数超过了抗登陆一方。美军在陆上和海上作战的人员中，约有7000人战死（包括负伤后死亡的人数），1．9万人负伤。尼米兹称：〃在硫黄岛参战的美军中，非凡的勇气成为共同的美德。〃
美联社摄影记者乔·罗森塔尔拍摄的陆战队队员在山头升起美国国旗的照片，成为向全体美国人宣告胜利的象征。太平洋舰队总部立即将照片送至硫黄岛，查间插旗的陆战队队员的姓名和家庭地址。美联社则将照片发向全国，在国内成为一幅空前著名的照片。
硫黄岛据称是太平洋战争中，美军付出最大代价才获得的岛屿，它的价值不应夸大也不应低估。在该岛被宣布已完全占领的12天前，第一架B－29型轰炸机即在该岛作紧急降落；占领该岛不到3周，P－51型〃野马〃式巡逻战斗机于该岛跑道上起飞，为白天轰炸东京的B－29型机护航；3个月内，850架B－29型轰炸机在该岛作紧急降落。这就证实了占领该岛的必要性。无疑，如果没有这个胜败攸关的基地，这些飞机大部分会葬身海底。
新任海军部长福雷斯特尔亲临硫黄岛视察，回国后上报了他亲自掌握的战场第一手材料。在关岛，海军部长还向尼米兹祝贺他60岁生日。
福雷斯特尔离去后不久，尼米兹决定返回华盛顿述职。3月1日，他由谢尔曼将军和拉马尔中校陪同动身启程，经珍珠港和旧金山前往华盛顿。在旧金山，他又一次领略到那些正被发表并在全国广泛传播的新闻报道的作用。《旧金山调查者报》在头版发表社论，暗示硫黄岛损失惨重，原因是领导无方。它以明确的语言声称，只有麦克阿瑟才具备赢得战争胜利的才智，他不会像其他的司令官那样损兵折将、丢弃装备。华盛顿应让麦克阿瑟担任太平洋的全面指挥。海军和陆战队人员领导乏术。社论还指出，他们现在的领导，显然正在用美国子弟的生命作不必要的冒险。
这种说法使尼米兹大为不满，同时也使陆战队队员们怒不可遏。在旧金山休假的象多多多位陆战队员涌进《旧日金山调查者报》的大楼，当着总编辑威廉·雷恩的面，要求他道歉或作出答复。雷〃恩推托说，这不过是上级的指示而已。这引起了尼米兹的注意。从此，尼米兹对批评他领导和指挥艺术与麦克阿瑟在战略方面是相违背的一类攻击性文章有所防备了。
尼米兹和谢尔曼向参谋长联席会议汇报了下一步进攻冲绳岛的作战万案。进攻部队包括陆军第24军，这个军自进攻莱特湾以来已扩编为4个师；两栖作战部队第3军团，包括陆战队第1、第2和第6师。这些部队合在一起组成第10集团军，由美国陆军的巴克纳中将指挥。第58特混舰队在冲绳和九州之间的海面上进行掩护，英国太平洋舰队则在冲绳和台湾间的海面负责掩护。
本次会议还通过了陆军提出的进攻日本本岛的作战计划。登陆九州的代号为〃奥林匹克行动〃，预计于1945年11月实施；进攻东京平原的代号为〃王冠行动〃，预计于次年3月实施。尼米兹将指挥所有海上部队建立滩头阵地，麦克阿瑟则负责指挥地面部队。
在华盛顿期间，尼米兹去白宫谒见了罗斯福总统。他是顶着对硫黄岛战役的各种指责和谩骂而来的，在内心深处，他渴望得到罗斯福总统的理解和支持。尽管尼米兹并不计较个人威望，但是他重视人的尊严。谁也不愿被人称为刽子手，即使这是属于职责范围的事。
罗斯福总统似乎并不在意外界的评说，他依然对尼米兹表现出应有的亲切和热情。尼米兹最终获得了罗斯福批准的向冲绳进攻的主攻任务。但是，尼米兹看到，罗斯福总统病魔缠身，已经衰弱不堪了。一身衣服宽大松垮，像是挂在一副骨架上。他说话困难，双手不停地微微颤抖。尼米兹意识到，这将是他与罗斯福的最后一次会见。望着罗斯福苍白、枯槁的面容，尼米兹心中隐隐产生了一种愿望：1945年将结束太平洋战争，让罗斯福活着看到这一胜利。
尼米兹一行飞越太平洋时，在珍珠港稍事停留，于3月15日回到关岛。此时，他的注意力已完全集中在即将开始的战事上。
在制定冲绳岛作战计划时，尼米兹最为担心的问题是，美军在岛上建立起机场之前，敌人空中力量对美方参战部队究竟有多大危害。在东北方向，九州有55个机场；在西南方向，台湾有65个机场；在它们之间，沿着包括冲绳岛在内的琉球群岛还有许多飞机跑道。因此，日军可能动用在本土的3000或4000架飞机，运用致命的〃神风〃式自杀战术以抗击美军的进攻部队。
为了阻止可能出现的危险形势。尼米兹命令第58特混舰队对九州各机场发动一系列袭击。第一特混舰队于3月18日和19日，对九州地区的机场、日本本土南部地区和停在懒户内海的日本舰队的残余舰艇，多次进行大规模空袭。日军飞机进行了反击，击伤〃企业〃号、〃约克城〃号等航空母舰。〃富兰克林〃号遭到重创，800多名舰员丧生。尼米兹又令B…29型轰炸机编队袭击九州的航空设施和基地。尼米兹还下令在下关海峡一带布雷。在上述空袭活动中，美军虽然损失116架舰载机，但是击伤数艘日舰，并破坏了九州地区日军的各种设施及交通枢纽，使日军在此后的3周内几乎未能进行反击。
第58特混舰队补充油料后，于3月23日开始对冲绳岛实施猛烈轰炸。包括步兵第77师在内的两栖进攻部队，攻占了冲绳岛西南15海里的庆良间列岛。这是整个登陆作战计划的一个组成部分，它为美军提供了一个隐蔽的锚地，这是一个不可多得的水上飞机基地和补给基地。
4月一且日，即复活节清晨，特纳指挥的登陆大军开始在冲绳岛的白沙滩头登陆。登陆进行的异常顺利，当天，有5万名陆军部队和海军陆战队士兵登陆，先头部队夺取了两个机场。到4月2日中午，部分登陆部队已经横跨该岛，进至东海岸。此后，第24军的大部分兵力从右侧迂回，向南推进，海军陆战第1师向登陆地域以东前进。
日军在冲绳岛的抗登陆兵力约有10万人，其中6．7万人是日本陆军的精锐部队。日军部队为何没有抵抗呢？原来，守岛部队采用的战术是允许美军〃充分登陆〃，将美军〃诱至于得不到海、空军火力掩护和支援〃的地方，再一举歼灭其登陆部队。
没有在陆地上出现的殊死苦战，却在冲绳海面展开了。4月6日到7日，大约700架日机从九州起飞，袭击了第5舰队的舰只。这即是日军蓄谋已久的〃菊水特攻〃。在两天的闪电式空袭中，美军3艘驱逐舰和1艘登陆舰被击沉，2艘军火船被击爆炸，1艘扫雷舰和12艘驱逐舰受重创。日军飞机还撞入航空母舰〃汉科克〃号和战列舰〃马里兰〃号，美军数以百计的水兵死亡，剩下的许多人被严重烧伤，场面惨不忍睹。
这时，战斗在冲绳东北面半岛的陆战队以及在冲绳南部的陆军部队，也遭到了日军的顽强抵抗。日军利用洞穴、堑壕、掩蔽火力点袭击登陆美军，致使美军的推进严重受挫。尼米兹认为，陆军的缓慢推进，使海军支援部队遭到巨大损失，大量海军水兵被敌机杀伤。但他又感到很为难，是下令调查损失惨重的原因，还是强制自己不去干扰战场上的指挥，他一时拿不定主意。
尼米兹每天都写信给夫人凯瑟琳提到这种痛苦的心情。有一天他还向她承认，他为每个牺牲的官兵深感痛惜。
4月13日早晨，罗斯福总统逝世的消息传到太平洋指挥总部，这使得尼米兹的心情更为沉重，〃就我来说，我深深感到这是我个人的损失。〃他写给夫人的信中说，〃无论我们是否喜欢他的全部言行和主张——他始终主张建立强大的海军，他始终对我十分亲切、友好。我刚发出一份唁电，代表太平洋海区的全体官兵向罗斯福夫人表示哀悼。〃
4月16日，海军陆战队司令、四星上将范德格里夫特和他的两名参谋来到关岛指挥部，请求去视察他在冲绳岛的部队，亲自去解决那里伤亡严重的问题。尼米兹没有批准他的要求。尼米兹解释说，他自己也想去，但战斗在激烈进行，危险性极大，因而不能派任何高级官员前往。
但是第二天，尼米兹突然改变主意，表示愿和范德格里夫特一同前往冲绳前线，这使得范德格里夫特大感惊讶。尼米兹改变主意的原因也许是迫于战局构成的〃非常局势〃，不得不进行直接干预了。
尼米兹一行乘专机抵达齿栉附近一个海滩的机场。次日，尼米兹即与斯普鲁恩斯等人视察了美军占领的部分冲绳地区。
尼米兹针对地面行动停滞不前的状况，强烈要求陆战部队加速推进，以便尽早解脱支援舰队。巴克纳陆军中将声称，这不过是一次地面作战。言下之意是，冲绳岛作战是陆军的事，海军最好不要插手。军种间的相互抵制已经到了何种程度！
〃这确实可能是一次地面作战，〃尼米兹冷冷地扫了巴克纳一眼，〃但我却每天损失一艘半军舰，它们受到'神风'飞机的沉重打击，或被击沉，或失去战斗力。所以，这条战线5天内不能突破，我们将调别的部队来突破它。这样，我们就可以从这些可怕的空袭中抽身了。〃
这样，巴克纳才勉强同意调陆战互师和6师来南部战场。范德格里夫待建议采用迂回进攻的战术，以打开局面。巴克纳仍然认为，在南部或东南部海岸采取何种登陆方式都将付出巨大代价，最好的办法是用大规模的舰炮火力将敌人从据点中轰出来。尼米兹答应给予更强的火力支援。
为了顾全大局，尼米兹忍受来自各方面的批评，尽可能弥合海、陆军种之间的矛盾。在一�