20日上午，小泽改乘“瑞鹤”号航空母舰。下午1时，小泽终于得知前一天空战的结果，仅剩百余架飞机可以出击。但日本人一向是不见棺材不落泪，小泽仍打算对美军再发动一次攻击。就在此时，小泽得到消息：美军舰队向己方逼近，距离已不到300海里。
20日下午3时40分，美军“企业”号航空母舰的一架侦察机发现了小泽舰队，美军苦苦找寻，终于找到了日本舰队。经过一番思考后，美军派出216架飞机进攻小泽舰队。
小泽下令舰队向西北方向高速逃脱，并抛弃补给舰队。晚6时40分，美机飞抵日军补给舰队上空，重创两艘油轮，这两艘油轮后来都被迫自沉。随后，美军机群飞到日本舰队上空，日落前匆忙展开攻击。日军中型航空母舰“飞鹰”号被一枚鱼雷击中，引发大火，两个小时后沉没;另外，日军航母“隼鹰”“龙凤”“千代田”“瑞鹤”，战列舰“伊势”、重巡洋舰“摩耶”都被击伤，小泽的旗舰“瑞鹤”伤势较重。
晚8时45分，大批燃料即将耗尽的美机在夜色中回到舰队上空，紧急降落时造成混乱，损失了80架飞机，这也是美军在这次战役中最大的损失。
在马里亚纳海战中，美国第五舰队第五十八特遣舰队重创日本海军主力第一机动舰队，一举夺得西太平洋的制海权。美军只付出了76人阵亡、损失123架飞机、4艘军舰轻伤的极小代价，击毁日军3艘航空母舰、2艘油轮及600架飞机。
这是一场具有决定性意义的大海战，此后日本航空母舰部队再无力与美军抗衡，马里亚纳群岛的制海权和制空权完全被美军控制。
鬼子的二百五精神
马里亚纳海战的同时，塞班岛登陆战也在进行。
塞班岛不仅是日军在马里亚纳群岛的中心岛屿，还是日军中太平洋地区的防御核心，日本陆军第三十一军军部和海军中太平洋舰队司令部都设在该岛。
日军在塞班岛上兵力，有陆军28000人，海军警备队和海军陆战队15000人，合计总兵力43000人。中途岛海战失败后被闲置的中太平洋舰队司令南云忠一中将，基本不过问地面作战，实际上负责岛上防务的是第四十三师团长斋藤义次中将。
6月11日起，美军开始实施航空和舰炮火力准备，摧毁了岛上的大部分地面工事。
15日，美国第二和第四陆战师在塞班岛西岸查兰干诺地区登陆，当日傍晚就占领了登陆场。15日和16日夜间，日军又使出了他们的撒手锏——夜间突袭。但经过几次交手，美军早就对日军的战术了如指掌，提前做好了准备，就等着他们来呢。日军冲上来的时候，美军照明弹一发接一发，将夜空照得如同白昼。所以日军实施的夜间反击，除了白白损失兵力，没有任何效果。
17日，美军扩大登陆场，并攻占了恰兰卡诺阿机场。美军巩固登陆场后，第27步兵师登陆增援，并赶修机场和部署炮兵。
6月19日至20日，美军在马里亚纳海战中大胜日军，已经完全取得马里亚纳群岛的制海权和制空权，岛上的日军完全陷于孤立。经20天激战，日军伤亡惨重，只剩5000多人，被压缩到岛上东北角。
7月6日，斋藤义次和南云忠一向日本大本营发出了最后的诀别电，然后将岛上残余的5000多官兵集中起来，部署了最后的决死攻击。当晚斋藤剖腹自杀，南云则用手枪结束了自己的生命。这个在偷袭珍珠港的时候，被山本五十六骂为“胆小的窃贼”的南云，连切腹的勇气也丧失了。
7月7日凌晨，5000多日军突然发起冲锋，军官挥舞着武士刀，身先士卒带头冲锋，士兵们有的端枪，有的拿着刺刀和棍棒，甚至头裹绷带的伤员也冲了上来，全然不顾美军的射击。战斗持续了数小时，美军终于粉碎日军丧失理智的自杀式冲锋。
塞班岛日军有组织的抵抗至此结束。二战中的日军不是以战斗力强劲而闻名，而是以这种不怕死的二百五精神闻名。其实，这5000多人如果以小组为单位，对美军进行渗透，今天摸个哨兵，明天杀个勤务，对美军的威胁比这么二杆子自杀式冲锋要大多了。日本鬼子把这种自杀式冲锋叫“万岁突击”，美军碰到这么一帮脑残的二货，也算是幸运，不用清剿，全凑一块儿送上门来了。
最后的鬼子
关岛1898年起被美国占领，但只是作为美国本土至菲律宾航线的中途补给站，几乎不设防。1941年“珍珠港事件”后，关岛被日军占领。以后几年，日军在关岛建有三个机场，其中第三个机场尚未竣工。
美军对关岛的炮火攻击，早在6月11日进攻塞班岛时就已开始，岛上的日机尽数被摧毁，机场也遭到严重破坏。6月21日至7月7日，美军又对关岛进行了几次舰炮轰击和飞机轰炸。美军鉴于塞班岛登陆前的炮火准备不够充分，使登陆部队遭到了巨大伤亡，因此对关岛炮火攻击大大加强。从7月8日起，进行了持续13天的猛烈炮击，几乎摧毁了日军暴露的全部火力点。
7月21日凌晨，美军以6艘战列舰、3艘护航航母、8艘巡洋舰和32艘驱逐舰进行直接火力支援。8时30分，在猛烈炮火支援下，美军开始突击登陆。最初的登陆非常顺利，日军的抵抗微不足道，但登陆之后的推进非常困难，日军顽强抵抗，全天的战斗非常激烈。
入夜后，日军又丝毫不出人意料地发起了夜间突袭，美军早有防备，不断发射照明弹，一发现日军攻击，立即召唤舰炮火力射击。日军的二杆子攻势虽然凶猛，却敌不过美军的炮火，白白抛下数百具尸体，毫无收获。日军跟苏军一样，也属于认死理、战术呆板无趣的一族。
7月22日至8月10日，美军步步为营，推进到了关岛的最北端。守岛日军指挥官小畑英良中将向日本大本营发出了最后的诀别电，之后自杀。美军宣布已经粉碎关岛日军有组织的抵抗。
但岛上的战斗远远没有结束，还有约9000名日军隐藏在丛林和岩洞中，不时出来袭击美军。扫荡岛上日军残部的战斗，一直持续到了战争结束。1945年9月，还有最后一批约100人的日军出来投降。个别日军士兵依然在丛林中坚持抵抗，1945年12月8日，3名美国海军陆战队成员被日军伏击杀死。
1972年1月24日，日军横井庄一陆军中士被猎人发现，他孤独地在洞穴内生活了27年。他就是著名的“关岛野人”，被称为“最后的鬼子”。
东条英机被迫下野
美军在拿下塞班岛、关岛之后，夺岛作战能力大大提高。接下来对提尼安岛的登陆战中，美军炮火准备和支援比较得力，计划周密，指挥得当，选择登陆地点出其不意，因此付出极小的伤亡，仅用9天时间就攻下了提尼安岛，堪称岛屿登陆战的经典案例，被誉为：“太平洋战争中最成功的两栖登陆战”。
在马里亚纳群岛历时三个月的作战中，美军大败日本联合舰队，先后攻占了塞班岛、关岛和提尼安岛，并基本全歼了三个岛的守备部队7万余人，导致日军在太平洋上的战略防御态势严重恶化。日本大本营规定的“绝对国防圈”，由于马里亚纳群岛的丧失而面临崩溃，日本本土将遭到从马里亚纳群岛起飞的美军B-29轰炸机的直接空袭。相反，美军却获得了在中太平洋上继续进军的前进基地。此消彼长之下，太平洋战争的优势，已经在美军手中。
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