下，服从命令指挥舰队出击。第二舰队出击时曾被美国潜艇发现并通报上级，但美国潜艇被命令不得攻击。后又被美国侦察机发现，伊藤曾下令舰队向西航行，暂时迷惑了美国侦察机；但美方侦查机持续跟踪，伊藤于是下令舰队直接航向沖绳。1945年4月7日，于第2舰队旗舰大和号即将沉没时，伊藤下令作战中止，令驱逐舰救助大和号舰员，后于司令官室以手枪自尽战死，追赠大将。伊藤整一的独子伊藤叡参加神风特攻，于1945年4月28日战死于沖绳。