正当太平洋舰队积极筹划和演练马里亚纳作战计划的时候，日本联合舰队统帅人物古贺峰一在美第58特混舰队进攻帕劳群岛时，与其随员以及参谋长一行分乘2架大型水上飞机由帕劳岛起飞，欲飞往菲律宾的达沃，途中遭到暴风雨冲击，参谋长福留繁的座机拼力挣扎，终于在菲律宾的宿务岛附近海面迫降，幸免一死，而古贺的座机却杳无音讯，附近驻防的日机、舰艇全力搜索，结果一无所获。
古贺的参谋长被菲律宾抗日游击队俘获，其随身携带的一箱绝密文件被送交美军。在缴获的文件中，有一份称为“Z行动”的提纲，显然是日本海军的作战计划。该计划最终被送往珍珠港太平洋舰队总部，莱顿和他的日文专家们连夜把文件翻译出来。日本海军把这个作战计划看作是对敌军具有决定性意义的行动，计划作战的地区一直延伸到马里亚纳群岛-加罗林群岛-新几内亚一线。
1944年5月5日，日本广播电台宣布丰田贞次郎大将为联合舰队司令长官。为挽救危局，大本营向丰田大将发布了“阿号作战”命令，企图集中大部分兵力，再次决战，一举歼灭美舰队。此时，珍珠港方面已获悉，“阿号作战”计划只不过是“Z行动”的具体翻版。尼米兹看了“Z行动”的译文后，便下令把文件发给集结在马里亚纳群岛附件的所有舰长。
美军一直期望同日军航空母舰舰队交战，并将其彻底歼灭。现在，这一时刻终于要来临了。尼米兹得知日军舰队中有偷袭珍珠港的“翔鹤”号和“瑞鹤”号航空母舰时，心中顿感振奋。他对史密斯将军说：“有朝一日，当我在办公桌上看到击沉日军这两艘航空母舰的电报时，那就是我一生中最高兴的一天。”
1944年6月，美军向马里亚纳群岛发起了进攻。美军尽管存在不利条件，但尼米兹以及太平洋舰队的领导人对即将来临的决战还是充满了必胜的信心。有新闻记者问：“日本广播电台宣称，‘一场大海战即将开始’，你对此有何看法？”尼米兹回答：“我希望他们讲的是真话。我真不知道怎样才能把他们引出来打一场大仗。”
18日黄昏，美舰队在西南355海里处发现了日本舰队。米切尔建议连夜把舰队开到西面靠近日军舰队的地方，以便在19日凌晨与日舰交战。然而，斯普鲁恩斯在与参谋们讨论了1个小时之后，决定不去迎击日舰队。他向部队下达的命令只提出“攻占并守住塞班岛、提尼安岛和关岛”，而没有提到连续进攻敌军的舰队。
米切尔和他的飞行员为此大失所望，认为斯普鲁恩斯使他们坐失良机，米切尔痛苦地抱怨道：“敌人跑了，它曾一度处于我攻击范围内。”飞行员普遍埋怨“这是非飞行员指挥飞行员带来的结果”。
直到第二次世界大战结束，才证明斯普鲁恩斯的战术是完全正确的。从缴获的日军档案来看，6月19日那天，斯普鲁恩斯凭他的运气或直觉把第58特混舰队部署在最理想的位置上。
马里亚纳海战不失为一场意义重大、战果辉煌的战役，经此一战，美海军掌握了马里亚纳的制海权和制空权，为美军最终战胜日军奠定了良好的基础。
到8月中旬，宽阔的马里亚纳群岛终为美军所有。在攻占塞班、提尼安岛和关岛的战役中，美军死亡5000人，而消灭日军近6万人。美军最终突破了日军最后一道防线，夺得了下一步作战的后勤基地、潜艇基地和将轰炸东京工业设施的B-29型轰炸机基地。
在尼米兹司令部里，那幅太平洋海图上，进攻日本本土的指示箭头正从硫磺岛上划过。只是由于气候恶劣等原因，尼米兹才不得不将进攻硫磺岛的日期由1945年1月20日推迟到2月19日，进攻冲绳岛则由3月1日推迟到4月1日。
12月10日，英国太平洋舰队司令、海军上将布鲁斯·弗雷泽爵士在澳大利亚的悉尼建立了司令部。紧接着，尼米兹收到从伦敦和悉尼发来的连珠炮似的电报，要求他与弗雷泽上将举行会谈。电报还通知尼米兹，说弗雷泽和他的参谋人员已前往珍珠港。尼米兹对此颇感不适，他写信给金说：“我不需要保罗·里维尔式的紧急通知。这些电报就像是给占领军下达的一道作战命令。也许其用意就是要英国舰队成为一支占领军。”
弗雷泽和他的参谋人员于12月16日抵达珍珠港，尼米兹与他进行了礼节式的会面，并邀请他到寓所作客。两人曾是故旧。10年前，尼米兹在远东任“奥古斯塔”号舰长时，曾同他见过面，当时两人都是上校。
在英美首次会谈中，尼米兹提出了他最关心的问题，即英国舰队在海上的续航力问题。弗雷泽声称，他的舰队有自己的后勤部队，可以海上加油。他保证他的舰队一个月内可在海上连续航行8天。尼米兹微微一笑，表示不相信。
为了使美国各战区总司令的军阶与盟邦相对应，美国会制定了一项可授予陆军和海军将领为五星上将新军阶的法令。1944年12月19日，授予4位陆军上将和3位海军上将新的军阶。总统命令授予马歇尔、麦克阿瑟、艾森豪威尔和阿诺德为陆军五星上将，莱希、金和尼米兹为海军五星上将。
尼米兹接受五星上将军衔时，心情十分激动。爱戴他的水兵们专门推举金属专业毕业的战士为他准备了一副新的领章，他们把旧领章上的星摘下来，把五颗星排成了一圈。尼米兹无法掩饰兴奋的心清，他佯装眼花，开玩笑地说：“好大一会，我才看见了星星。”
为了在战区附近建立一个前进指挥部，尼米兹决定将总部移至关岛，向前进驻可使他朝战区推进1000海里，而且可使他摆脱官场的文牍主义气氛。此时，太平洋美军总部的编制和人数大增，他已不可能无拘无束、称心如意地办事。尼米兹宁愿带一个精干的参谋班子，而且尽可能只要那些公认的与作战计划和指挥有关的人员随行。他还希望在个人行动及战争决策上，由自己去承担一些风险。
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磺岛战斗。尼米兹所以决定放弃日军重兵防守的台湾，而攻占硫磺岛和冲绳岛，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。
硫磺岛是小笠原群岛中硫磺列岛的主岛，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、整日弥漫雾气和硫磺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，以保护硫磺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，视察进攻硫磺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磺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，海军已开始对硫磺岛发起炮击，B-29型轰炸机正飞往北面，向硫磺岛作日常空袭。
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磺岛的战斗。美军原计划5天拿下硫磺岛，结果整整打了36天。3月25日才将岛上的残敌基本肃清。硫磺岛一役中，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：“在硫磺岛参战的美军中，非凡的勇气成为共同的美德。”
硫磺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磺岛视察，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，暗示硫磺岛损失惨重，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。在旧金山休假的多位陆战队员涌进《旧金山调查者报》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方案。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。他是顶着对硫磺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。
尼米兹最终获得了罗斯福批准的向冲绳岛进攻的主攻任务。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濑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1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。
“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5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。在一次破例举行的记者招待会上，尼米兹对海军作出的牺牲只字不提，而是赞扬陆军非凡出众的作战表现，并指出陆军的战术是正确的，若从侧翼发起两栖登陆，将付出更大代价且浪费时间。在这段时间里，尼米兹心情很不好，他的判断和决定正受到最坚定的拥戴者的怀疑。但是，尼米兹坚持认为，首要的前提是保持军种间的和谐一致。
6月21日，美军宣布占领了冲绳岛。在炮声最后停息、支援舰只从冲绳海岸撤出时，对这一具有历史意义的战役也作出了统计。日军死亡1.5万人，被俘7400人；美军阵亡7600人，伤3万余人；有26艘舰只被击沉，360艘被击伤，大部分因日军“菊水特攻”行动所致。此外，巴克纳将军阵亡，这是美军在太平洋战争中战死的最高级别的一位将领。
尼米兹指挥的中路部队浩浩荡荡地向日本本土推进，付出了惨重代价换来的辉煌犹如金色的光环带来了令人振奋的希望和信心。而此时，麦克阿瑟的部队从新几内亚方向的进攻并未达到预期的效果，占领吕宋之后，他的部队仍在西南太平洋地区作战，只能南进到菲律宾南部和婆罗洲。
于是，军种间的内部争斗又全面展开了。自然是不甘寂寞的麦克阿瑟首先发难，他责怪华盛顿束缚了他和整个陆军的手脚，他绝对无法容忍的是，当尼米兹指挥的以海军为核心的各级司令部进攻日本本土的同时，让他在南边“坐冷板凳”。因此，他把建立一个由他指挥的统一司令部的观点再度提出来。但他的观点遭到了来自海军的难以辩驳的反对。
4月3日，参谋长联席会议颁布了一项折衷方案：在进攻日本时，麦克阿瑟将指挥太平洋地区的全部陆军地面部队和航空兵；尼米兹指挥太平洋的全部海军。这一方案意味着将进一步分裂被尼米兹称之为“不能团结工作”的联合指挥部；同时，任何陆军部队将来都难以听从海军将领的指挥。
尼米兹的耐心已经到了极限，他感到不能再次退让，否则，他将沦为麦克阿瑟的部属，而丧失自己的权力和责任。他以不容置疑的语言向麦克阿瑟的特使萨瑟兰亮出了自己的观点：“我现在不能答应把对于太平洋海区防务和作战计划不可或缺的陆军部队的作战指挥权交给他。”
然而，尼米兹也认识到，早日结束战争，比起两人的不和以及武装部队中两个局部的冲突来说，要重要得多。基于这一考虑，他还是决定去马尼拉与麦克阿瑟会谈，以取得双方的某种一致，尽早结束战争。
在两天的会晤中，两位高级将领尽可能以理智的态度去争取相同的目标，以谋求双方会谈的基点和最终从海、陆、空三方逼近日本的战略。会谈解决了一些存留的问题，奠定了进攻日本九州、本州及其他岛屿的合作基础。按照双方达成的协议，在两栖进攻中，以海军将领为主、陆军将领为辅进行指挥。尼米兹答应将进攻整个琉球群岛的任务移交给麦克阿瑟，并保证一如既往地为西南太平洋部队提供海上掩护。
这次会谈，使尼米兹意识到，他的统一指挥陆、海军的愿望是非常不现实的，他将再也不会提及全国范围的武装部队实行统一指挥的建议了。
