回归第一线
1944年6月间，坂井参与了美军特遣舰队与硫磺岛航空队的一系列空战，6月24日，坂井三郎接近一群15架他以为是日军飞机的编队，但其实它们都是美国海军的F6F地狱猫战斗机。他不断规避15架F6F战斗机的攻击达20分钟，并丝毫未损地回到基地。
在硫磺岛时期，坂井曾参与日本海军第一次自杀任务，时间比捷一号作战的神风特攻队还早六个月以上。因为横须贺航空队无论在飞机性能、数量均远不如美军，在几次战斗后，战力已经耗损大半。因此，横须贺航空队参谋三浦大佐竟以「与其在此坐以待毙，为了维护横须贺海军航空队传统与面子」为由，下令队上可用飞机（9架零战、7架天山）全部出击，执行冲撞美军特遣舰队的自杀任务。由於日本军机早已被性能优异的美军雷达锁定，因此被埋伏等候的美军F6F战斗机队轮番攻击而消灭，坂井与僚机则被冲散，并且在暗夜中挣扎的回到基地。在当日任务中，侥幸飞回来的，除了坂井小队外，只剩下当时也是击坠王的武藤金义及一架迫降的天山而已。
由於美军将进攻目标转向菲律宾，坂井与几乎失去所有飞机的横须贺航空队残部得以从硫磺岛撤回，回到本土的坂井开始担任海军新战机的试飞员，并成为海军343航空队新锐战斗机「紫电改」的飞行教练，而后转任到横须贺航空队担任一般勤务直到终战。在日本无条件投降前的1945年8月18日，坂井三郎参加了所谓的「第二次世界大战最后的空战」：由美军占领的冲绳飞来两架B32轰炸机与日本海军战斗机在房总半岛与依豆半岛上空展开空战，结果美军B32轰炸机乘员1名战死，2名受伤，日本方面则无任何损失。
战争期间，坂井三郎击毁60架以上的盟军飞机。他从未说过他击落了多少架飞机。64架这个数目出自为他写传记的作者马汀·凯丁（Martin Caidin）。战后，美国许多空战研究专家认为坂井三郎是日本贰战期间的头号王牌驾驶员(击落王)，与日本方面的说法有极大出入（日本军事研究者认为日本的头号击落王是坂井台南航空队的同袍岩本彻三(近年公认数字97架，但本人留有击落202架的说法)或西泽广义(103架，部份学者近年下修为87架)，坂井三郎在排行榜中排三或四名），这些差异的出现，多少与坂井在西方的知名度较高与日军早期飞行员战果计算浮滥、后期又停止计算个人战果导致的资料可信度不足有关。
战后
战后，他以海军上尉的身份退伍，然而由於身为战败国的军人，没有退职金的坂井在战后数年间生活相当困顿，坂井在走投无路之下曾打了两年的零工维生，在终战前的1945年结缡的妻子也於1954年在贫困中病逝(坂井数年后再婚)。在经济状况改善后坂井开了间印刷厂，并让大西泷治郎夫人(阵亡的挚友笹井醇一的叔母)及多位阵亡战友的遗霜在此工作营生。
坂井在1955年与美籍记者马汀·凯丁合著了自传，本书的英译本使他一跃成为了具世界性知名度的人物与最为西方人所知的日本飞行员，因为此书，日本飞行员在西方的形象才得以摆脱战争宣传中残酷又可笑的卡通式样板。之后坂井又继续以自身经历写了《坂井三郎空战记》、《零战之真实》、《零战之命运》等书，提供了许多日本海军航空队、台南海军航空队及太平洋战争中期的宝贵资料。
战后的坂井还热心於与二战美军飞行员的交流，他数度访问美国并与多位曾与自己交战的飞行员见面，其中最特别的一次会面，是与他1942年时抗命未攻击的一架DC-3运输机上的女护士在事发五十年后的重逢（坂井曾在《零战之命运》中回忆过这段他以在云层中追丢为藉口规避上级「不论军民用机一律击落」的命令，放过这架载满妇女小孩的荷兰飞机的往事，这架飞机的下落曾令他非常挂心，由於战后打听不到关於该机的资讯，他一度悲观的认为这架飞机还是被击落了）。
2000年，坂井接受微软的邀约，为Combat Flight Simulator 2这套游戏担任顾问的工作。
战时曾被派去执行自杀特攻任务的坂井曾提及日本展开特攻作战时全国性的狂热，但同时也在「零战的秘术」一书中受访时严辞批判特攻作战:「大本营发表『特攻让士气大受鼓武』的说法根本是胡说八道!『绝对会死』的作战根本无法鼓舞士气，反而让士气大幅下降」。
坂井的爱车为Nissan Skyline GT，曾有人向他发问:「汽车与零战，您觉得哪一方比较好?」，坂井的回答「当然是汽车比较好，因为汽车有倒档啊!」当场引得身旁的人一起大笑，批露出坂井幽默的一面。
坂井三郎在2000年9月22日参加在厚木海军航空基地举行美军西太平洋舰队航空司令部50周纪念晚会，餐会后返家时身体突然感到不舒服送医治疗，在医院检查时只对医师留下一句「我太累了，只要睡一下就好」的话就此与世长辞，享寿84岁。
