Penyerbuan Amerika Serikat ke Saipan dimulai 15 Juni 1944. Hanya dalam beberapa hari, Angkatan Laut Kekaisaran Jepang di bawah pimpinan Laksamana Madya Jisaburo Ozawa kewalahan dalam menghadapi Armada V Amerika Serikat dalam Pertempuran Laut Filipina yang sangat menentukan kalah-menang dalam Perang Pasifik. Jepang menderita kerugian sekitar 500 pesawat terbang. Nagumo dan rekannya dari angkatan darat, Jenderal Yoshitsugu Saito ditugaskan mempertahankan Saipan dari serangan Amerika Serikat tanpa mendapatkan pasukan bantuan. Pada 6 Juli 1944, dalam tahap akhir Pertempuran Saipan, Nagumo bunuh diri dengan menembakkan pistolnya ke arah pelipis. Jenazahnya ditemukan di sebuah gua oleh anggota Korps Marinir Amerika Serikat. Di dalam gua tersebut, ia menghabiskan hari-hari terakhirnya sebagai komandan tentara Jepang yang mempertahankan Saipan. Pangkatnya dinaikkan secara anumerta menjadi laksamana.