1945年3月26日、連合軍が慶良間諸島に上陸を開始し沖縄戦が開始されると、3月30日と31日に美濃部は、芙蓉部隊のうちで熟練した隊員らを零戦15機と彗星25機とともに、鹿児島県鹿屋基地へ進出させた。藤枝基地でも経験の浅い搭乗員らの訓練を行い随時要員を交代させて攻撃の継続を可能にした。沖縄戦では第5航空艦隊の命令で、敵飛行場、敵艦隊に対する夜間攻撃、敵艦隊の索敵などの多様な任務をこなしたが、特に菊水二号作戦以降は、特攻援護のため陸軍航空隊第6航空軍の重爆撃機と協力しての敵飛行場夜間攻撃が主任務となった。アメリカ軍飛行場は強力な対空砲火と、レーダー搭載の夜間戦闘機F6F-5N“ヘルキャット”とP-61“ブラックウィドー”などの夜間戦闘機により固く守られており、特に夜間戦闘機が芙蓉部隊最大の障害で。菊水作戦発令前の偵察任務で、彗星に搭乗していた偵察員鈴木昌康中尉が潜水艦らしき艦影を発見し、操縦員の坪井飛長に接近を命じたところ、退避する様子もなかったため、味方艦と判断し帰投した。その報告を聞いた美濃部は烈火のごとく怒り、「ばかもの！この時期に味方の艦艇がうろうろしているわけがない、敵に決まっている」と決めつけ「なぜ接近して機銃でも撃ちこまん」と激しく叱責した。鈴木はこのことを気にしてか、一週間後の特攻機誘導任務では深入りし未帰還となっている。また、不調で引き返した機体については、美濃部が自らエンジン音を確かめて不調ではないと判断すると、すっかりと陽がのぼっていたのにもかかわらず再出撃を命じている。その機は無事に帰還することができたが、その搭乗員は後に「あのときほど指揮官（美濃部）がうらめしく、怖かったことはない」と述べている。美濃部の任務に対する厳正な姿勢もあり、芙蓉部隊の損害は他の通常攻撃の部隊より大きいものとなったとする意見もある。1945年4月12日の出撃で戦死した清原喜義上飛曹の父親より、戦死の状況について問い合わせがあったときには自ら長文の詳細を記述した手紙をしたため父親に送っている。この手紙は戦後に遺族から土浦駐屯地内にある予科練記念館「雄翔館」に寄贈されて今も展示されている。美濃部が考えた敵航空基地への攻撃法は、「夜間、黎明に超低空で敵基地に接近、零戦は機銃で敵地上機を掃射し、彗星は超低空から三式一番二八号ロケット爆弾などを使用した必中爆撃」であり、菊水作戦開始当初はこれに基づいて、零戦や彗星が低空飛行での精密攻撃を行っていたが、激烈なアメリカ軍航空基地の対空砲火で多大な損害を被ったことにより、大幅な作戦変更に追い込まれた。美濃部がソロモンで夜襲部隊の構想を抱いてからもっともこだわってきた零戦夜間戦闘機による敵航空基地への夜襲は、損害ばかりが増えて効果は乏しかったため断念し、彗星による爆撃も、敵対空砲火が濃密な高度2,000m以下での精密爆撃を諦めて、高度4,000mで敵航空基地に接近後急降下し、高度3,000mで投弾するという戦術に切り替えざるを得なかった。急降下爆撃の投弾高度については、日本海軍は様々な実験で導かれた「800m以上（の投弾）にては命中率著しく低下する」という急降下爆撃の投弾高度の分析で、急降下爆撃基準投下高度を700mと定め、さらに太平洋戦争に突入すると、それまでの戦訓により「高度2,000mから角度45度以上の急降下で突入、高度400mで投弾」とさらに投弾高度を引き下げており、芙蓉部隊の投弾高度3,000ｍでは明らかに高すぎて効果的な爆撃は望むべくもなかった。芙蓉部隊は主要兵装として海軍中央の反対を押し切ってまで採用した、命中率が高い三式一番二八号ロケット爆弾も射程500mに過ぎず、使用できなくなっている。超低空からの必中攻撃で多くの未帰還機を出した4月中と比べると、3,000mからの爆撃が主となった5月以降は、芙蓉部隊機の出撃機数に対する損失率は減少しており、美濃部の対策が奏功することとなったが、逆に戦果報告も具体性を欠くものが多くなっている。芙蓉部隊が所属していた鹿屋基地は、海軍航空隊特攻の最大基地であったため、特攻に苦しめられたアメリカ軍から目の敵にされ、B-29が日本の都市や工業地帯への絨毯爆撃から、 鹿屋基地などの九州の航空基地の攻撃に転用されるなど、激しい攻撃を受けるようになったので、美濃部はたまりかねて、5月中旬、芙蓉部隊を鹿屋から約27kmに離れた岩川海軍航空基地に移動させた。この岩川の移動については、美濃部は自ら車で相応しい基地を探して回った際に見つけて、美濃部が主導したと主張している。しかし、当時の記録では、九州を襲ったアメリカ軍機動部隊に有効な反撃ができなかったのを重く見た第5航空艦隊司令部が5月15日に夜戦隊の配備を「岩川又は志布志」と定めている。岩川基地は、海軍が1944年5月に飛行場建設を計画、その発表がなされた5月7日に、地権者に対して40日あまりで立ち退きしなければ住居を焼き払うといった海軍の恫喝により、総面積530haの土地が強制収用され、海軍の技術士官の指揮、地元の土木業者の施工により構築が進められた。近隣の福山小学校の生徒による勤労奉仕などの地元の住民の献身的な協力もあり、1945年4月中旬には1,300ｍの滑走路も完成して、発着陸も可能となっていた。第5航空艦隊の命令により、岩川を基地とすることとなった美濃部は、完成していた飛行場を、ダバオや藤枝で多数の航空機を地上で撃破された反省を活かして、徹底したカモフラージュをすることとしている。移動式の家屋4棟に樹木10数本と牛10頭と大量の草や枝葉を準備し、航空機が離着陸したあとは、滑走路上に草を散布し、家屋や樹木や牛を設置して牧場に見せかけている。散布する草や樹木は、常に青々としたものを準備するため、農民に2万円（2017年当時で3,000万円相当額）を支払って草刈りや枝葉の収集を依頼していた。「岩川は夜戦隊のみにて使用し周囲に山林恵まれ居る故に好都合なり」との評価もあったが、美濃部は工夫と熱意によるものと主張している。また、岩川基地は美濃部らが来るまでに、地元の業者の尽力及び地元の住民の協力により、分厚い竹筋コンクリートで覆われた地下発電所、通信室、食料貯蔵庫、退避壕などの数多くの地下トンネル、近隣を流れる菱田川から取水し浄化している上水道施設などの施設が整った飛行場となっており、直ぐにも使用できる状況であったが、兵舎のみが未施工であったので、防風林で囲まれた民家跡に木造で急造している。基地を完璧に偽装できたと考えていた美濃部は、沖縄から出撃し岩川基地周辺上空を通過して、宮崎・鹿児島などの南九州を好き放題に空爆していたB-25ミッチェルなどのアメリカ軍機に対して、基地の露見を恐れて迎撃を禁止していた。周辺の住民は「戦闘機隊なのになぜ上がらないのか」「逃げ隠れしているのか」と不満を抱いており、芙蓉部隊搭乗員も、何の妨害も受けず我が物顔で基地上空を通過していく敵機を見て口惜しさを募らせていたが、美濃部が迎撃を許可することはなかった。美濃部主導のこの偽装によりアメリカ軍の目を欺き通し、終戦まで岩川基地が発見されることはなかったと言われることもあるが、少なくともアメリカ軍は、1945年3月に建設中（符号u/c under constructionの略）の岩川基地を空撮して詳細な位置を把握し、目標番号2511番とナンバリングまでしており、終戦時点では完成し稼働している飛行場（符号a/f airfieldの略）として把握していた。しかし、結果的に岩川基地は終戦まで一回の爆撃も受けず、南九州の基地では唯一地上での損害がなかったといわれる。芙蓉部隊が岩川に移動していた同じ時期に、菊水七号作戦が発令され、第5航空艦隊と陸軍の第6航空軍は、5月24日深夜から沖縄戦開始以降最大規模で沖縄の敵飛行場に攻撃をかけることとし、多数の爆撃機と飛行場への空挺特攻部隊義烈空挺隊を投入したが、今まで飛行場攻撃を主要任務としてきた芙蓉部隊は、24日は岩川基地に移動完了した日であり、美濃部は移動で疲労した搭乗員を気遣って、この日は作戦会議開催等の名目で出撃を回避している。美濃部は搭乗員らが今でいうエコノミークラス症候群にならないよう按摩の手配をし、夜には美濃部の提案で蛍狩りを肴に酒席を設けるなどの気遣いもあった。出撃休息日となった芙蓉部隊に対して、陸海軍の爆撃機と義烈航空隊は、アメリカ軍の激烈な迎撃で多大な損害を被ることとなったが、読谷飛行場で航空機38機を完全撃破もしくは大破、20名の死傷者、ガソリン70,000ガロン焼失、半日飛行場使用不能、嘉手納飛行場で一時使用不能、伊江島飛行場で60名の死傷者を出させるなど、沖縄戦での日本軍による飛行場攻撃で最大の戦果をあげている。また、岩川には、練習機白菊で編成された西条海軍航空隊の特攻隊も進出してきた。岩川基地の庶務の管轄は九州海軍航空隊であったが、特攻の西条空に対して芙蓉部隊は、支給される食材の質に大きな差をつけられ、副食が昆布・ひじき・あらめといった海藻類ばかりになっていた。美濃部らが藤枝にいた頃、基地主計課の竹田という下士官が、物資不足のなかで基地のありったけの砂糖を集めて汁粉作ったが、藤枝の食糧事情をよく認識していなかった美濃部は、出された汁粉が砂糖不足で甘くなかったので「こんなものが飲めるか」と怒鳴って突き返し、竹田を涙ぐませたことを悔いており、美濃部は食事内容の格差の原因は芙蓉部隊が「特攻隊ではないから」から差別されていると考えて、管轄の九州海軍航空隊を飛び越えて、直に第5航空艦隊司令部に食事内容改善の要求を行っている。第5航空艦隊は美濃部の要求を受けると佐世保鎮守府に調査を依頼、鎮守府の調査団が速やかに岩川に調査に来たが、手違いで岩川基地を整備していた海軍設営隊の3214施設隊と同じ食糧基準となったいたことが判明したため、調査後ほどなく潜水艦乗組員用の最高級の食材を満載した貨物列車が岩川駅に到着した。そのなかには、コーヒーや紅茶といった嗜好品や、当時の日本では超贅沢品であったコンビーフも大量に入っていた。また、官給品の食糧の他にも自給自足を標榜していた芙蓉部隊には、周囲の農家から大量の鶏卵や農産品の差し入れがあり、牛が一頭差し入れられたときには、みんなの食事にステーキが出た。フィリピンで戦っていた時は、豪勢な食事をとる司令官クラスに嫌悪感を抱き、唯一粗食に甘んじていた有馬を敬っていた美濃部であったが、芙蓉部隊の食事は他の部隊はおろか、藤枝で訓練していた同じ芙蓉部隊隊員よりも豪勢なものとなり、4月5日に事故で火傷を負って藤枝で療養していた坪井晴隆飛曹長は、岩川に復帰すると食事の差に驚き「えらいごちそうが出るな」と同僚に話したと回想している。芙蓉部隊の活躍を見ていた第五航空艦隊司令長官宇垣は、岩川基地を視察した1945年（昭和20年）7月23日（廿三日）の『戦藻録』に、美濃部について「芙蓉部隊長は水上機出身なるがよく統率して今日迄の活躍は目覚ましきものなり」と記述している。第五航空艦隊司令部は持病のマラリアで定期的に高熱で寝込んでいた美濃部の指揮能力を懸念しており、人事局に美濃部の交代要員を望み、座光寺一好少佐が第九〇一海軍航空隊から芙蓉部隊に異動してきたということがあったが、美濃部は芙蓉部隊指揮官を更迭されることを拒否、司令長官である宇垣に引き続き芙蓉部隊の指揮をとることを直談判し、宇垣は美濃部からの要請を受け入れて「岩川基地指揮官を芙蓉部隊岩川派遣隊指揮官に指定す」（天航空部隊命令第45号）という、一部関係者にしか理解不能な辞令を発令、司令部の方針に反して、引き続き美濃部が岩川の芙蓉部隊の指揮官であることを保障し、座光寺は美濃部の副官格として藤枝に異動させた。岩川基地の視察のさいに宇垣は「この辺は米軍上陸の矢面となろう。この地は君に委ねる。多くの部下を抱えて大変だろうが、よろしく頼む。もう再び会うことはないかもしれんなぁ」と美濃部に親しげに語りかけている。美濃部は宇垣の思いやりで胸が熱くなり「ご心配をおかけします。未熟者ですが精いっぱいやります」と答えるのが精一杯であった。美濃部は、宇垣を「芙蓉部隊作戦の理解と応援者」のひとりとして感謝している。宇垣もこの視察はよほど満足したようで、かろうじて空の明るさが残る19時まで岩川に滞在し、暗くなる前にようやく鹿屋への帰路についている。