En , il est promu amiral de la flotte. En , les forces japonaises perdent le contrôle de l'archipel des îles Salomons, et ne parviennent pas à contenir les Américains, commandés par le général MacArthur, en Nouvelle-Guinée, tandis que se rapprochent les attaques de la flotte américaine dans le centre du Pacifique (libération des îles Gilbert, bombardement de Truk dans les îles Carolines). Tout ceci amène le Premier ministre Hideki Tōjō à relever de leur commandement les chefs de l'État-Major de l'armée et de la marine. L'amiral de la flotte Nagano est remplacé par le ministre de la marine, l'amiral Shimada. Osami Nagano reste cependant au poste de conseiller naval jusqu'à la fin du conflit. Arrêté et inculpé de crimes de guerre, il se montre très coopératif avec les autorités d'occupation alliées. Il meurt à la prison de Sugamo d'un infarctus avant la fin de son procès devant le tribunal militaire international pour l'Extrême-Orient.