不仅东京，日本各地火光冲天，这次轰炸损失让日本政府感到肝痛。日军参谋部有聪明人以日本为圆心划了一个4800公里的圆圈，惊讶的发现马绍尔群岛也在这个圈内，还有一个离日本更近的岛屿群：马里亚纳群岛。距离差不多缩短了一半。这个发现被上报了上去。
大本营紧急磋商，日本人通过内线得知美军确定有十架B25轰炸机从成都起飞，十架B25从西安起飞，成都至东京航程3745公里，西安至东京约3000公里，就按最短的3000公里，B25的实战航程已有6000公里了，而且飞机的载弹量非常大。如果马里亚纳群岛被占领，日本将面临灭顶之实。毕竟从中国起飞轰炸日本，美军运送物资要绕道大半个地球，密集大规模轰炸不可能实现。而马里亚钠群岛则不同，美军以珍珠港为中转点，群岛很容易得到补充，美军太平洋舰队还控制了西南太平洋的制海、制空权。
大本营的目光被吸引到了马里亚纳群岛，连战斗正激烈的长衡会战大本营都没有心思关注。日军在马里亚纳群岛的驻军主要由陆军第31军和海军部队组成，由小畑英太郎中将指挥，总兵力约8万人，分散驻守于关岛、塞班岛、提尼安岛等岛屿?，其中在塞班岛上总兵力约4.3万人
然而十天后，现实打破了日本本营的侥幸心理，美国发动了对塞岛的进攻，实施航空和舰炮火力准备，摧毁岛上的大部地面工事。美军投入了?6.7万兵力?，还动用了240余艘舰艇，包含7艘战列舰、11艘巡洋舰，还动员15艘航母，航母上大量舰载机、为登陆部队提供航空支援?。看到如此大规模的部队，日本大本营那些人脸色都有些发白，心沉到了谷底。本土抽调的部队还在海上，没有到达马里亚纳群岛，不知道还来不来得及。大本营立即将西太平洋剩余的全部舰队派往马里亚纳群岛附近，阻击美军。
15日，美国第2陆战师、第4陆战师在塞班岛西岸查兰干诺地区登陆，傍晚占领登陆场。18日美军巩固登陆场后，第27步兵师登陆增援，一举夺下了最大的机场——阿斯利洛机场。
日军舰队指挥官小泽治三郎带着西太平洋全部舰船气势汹汹地扑向马里亚纳群岛，日军的九艘航空母舰带着四百多架舰载飞机，外加两艘大和级战列舰和三艘普通战列舰气势汹汹地杀向美军，日军孤注一掷想和美军进行海上决战。美军得知日军舰队前来，先调转海军准备歼灭日军主力舰队肃清西太平洋。美军集结了15艘航空母舰配备着七艘大型战列舰静候日军的到来。
两支舰队在马里亚纳群岛东南海域遭遇，小泽下令让几乎全部的三百多架舰载机出击，美军舰载机起飞迎战，美军有高素质的飞行员以及飞机性能上的优势。美军飞行员都杀疯了，他们像猎杀火鸡一样欺负着这些操作经验少得可怜的日军飞行员，日军的飞机一架接着一架被击落。日军甚至动用了自杀式攻击也未能近美军舰队分毫。美军飞行员在空中作战日军被碾压的时候，美军潜艇也偷偷摸到了日军的航空母舰周围，配合着美军舰队共击沉了翔鹤号、瑞鹤号、飞鹰号三艘日军航空母舰，美军在海战中取得大胜。
美军仅仅七十六人阵亡和一百多架飞机被毁，日军舰载机及飞行员损失殆尽。美军海战后还截获了日本本土援军船队，一个师团的日军没起到任何作用，就随着被击沉的船队沉入了太平洋海底。
马里亚纳群岛上的日军至此得不到支援，成为了孤军。26日，美军攻占该岛中部制高点塔波乔山，7月7日凌晨，日陆军残部4000余人向美军反扑，遭到全歼。8日，南云忠一与第43师团师团长斋藤义次中将自杀。岛上7000余日本平民在塞班岛失守后跳海自杀。次日，美军占领全岛。因塞班岛战败，日本本土直接暴露在轰炸范围内。??日本首相东条英机递交了首相辞职书，随后又辞去参谋总长、陆军大臣、内务大臣、军需大臣之职，转入预备役。
美军又花费了差不多一个月的时间，占领了提尼安岛、关岛，马里亚纳群岛被美军完全控制，岛上的日军相继歼灭，日军绝对防卫圈被美军击碎。
马里亚纳海战失败、马里亚纳群的失守对日本产生了深远的影响，日本此前依托马里亚纳群岛等岛屿构建的"绝对国防圈"被美军"跳岛战术"彻底突破?。美军通过封锁和绕过重兵防守的岛屿，以极低代价推进至日本本土防御圈边缘?。日本被迫收缩防线，战略主动权彻底丧失?。日本大本营调整了战略，不再妄想战胜美国海军，转向了全面防御，试图以玉碎战术给美军造成重大杀伤，迫使美国选择和谈，期望日本能体面的退出战争。马里亚纳群岛作为日本本土南部屏障的失守，使美军获得B-29轰炸机基地，可直接轰炸东京等工业区?，日本本土防御门户洞开。日本与东南亚资源区的海上通道被美军封锁，加剧了物资短缺?，石油与工业命脉被切断。
马里亚纳海战后，日本海军主力被歼灭，菲律宾作为其南线核心防御区暴露在美军夹击之下，为麦克阿瑟的部队进行菲律宾战役创造了决定性条件。日本大本营决定向菲律宾增兵，7月份先抽调关东军第8师团、山西大同第26师团增援菲律宾日军。下半年准备再抽调关东军1、10、19、23师团增援。同时在菲律宾新组建第30、100、102、103、105师团?。大本营目标是：到1944年底，日军在菲律宾总兵力预备由年初的23万增加到57万正规军。大本营还决定在日本本土组?建第44、72、73、77、84、86师团?。
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