马绍尔群岛沦陷后，日军开始加大硫磺岛的部署力量：驻军，13门火炮，挺轻重机枪，支步枪，12架高射炮，30挺25毫米口，再配2联装高射机枪，此外还有毫米口径的火炮。硫磺岛和小笠原诸岛成为遏制美军空袭保卫本土的最后一道防线。日本此时已经丧失了制海和制空权。
年6月，硫磺岛上日军还有80架战斗机，但到了7月仅剩下4架，美国海军到了硫磺岛的射程范围内，一次全面的轰炸，对硫磺岛上所有的建筑物和仅存的4架飞机都横扫了一遍。但美军还不足以掌握对海空支持的硫磺岛展开攻势，而日本则只余下地面部队参战。
年12月08日，美国派出马里亚纳起飞的B-24轰炸机对硫磺岛进行无差别轰炸，投掷了吨炸弹，几乎每天晚上都会对硫磺岛空袭和轰炸。年01月02日，改变战略目标，开始对轰炸机场，日军方面调集11辆卡车，2辆推土机，人加紧对机场抢险修复，0人去填弹坑，平均每个弹坑有50人填，用了12小时就修复了机场，速度之快令人惊诧。到了02月16日，美军开始对硫磺岛进行三天集中轰炸。
年02月19日，02:00，美军开始进攻，架轰炸机先进行轰炸。由于战果不佳便再次组织架B29开始第二轮轰炸。此时登陆艇在海面转圈航行迷惑守军无法确定登陆时间。到9时整，由第4，5海军陆战师组成的第一波3万人开始抢滩登陆。栗林中道深知美国海空军力量的强大，便主动命令日军放弃了滩头阵地和防守，采取向山体纵深防御，因此未对滩头的美军发起攻击。到10:00点整，日军突然组织反击，美军第24和25团死伤25%，第一波上陆的56辆坦克半数损失。美军到夜里便包围了山头，其余4万部队也逐渐登陆。但日军深知力量不足，未采用采用瓜岛之战的人海突击战术，而是小规模袭扰美军，这得益于栗林中道的有效指挥。
当日美军死亡人，阵亡的指挥官包括是二战中唯一同时获得荣誉勋章及海军十字勋章的第1海军陆战师机枪排排长约翰·巴西隆(JohnBasilone)中士。受伤共人。
攻克折钵山
到20日，美军只有一支部队第28团进攻折钵山。其他三个团向元山方向攻击，黄昏便已占领千鸟机场。这一战果便切断了折钵山同岛中央栗林中将指挥中心的联系。日军方面由第大队和速射炮第10大队组成防守，且坚定寸土必争的信念，针对易守难攻的地堡美军采取用火焰喷射器的方法进攻。折钵山独立守备队队长厚地兼彦大佐战死。
到21日，后备队第3海军陆战师登陆。日军32架飞机从附近的千叶县香取基地起飞对美军展开殊死攻击。美军损失航母萨拉托加和护航航母各一艘。美军阵亡人，伤者人，失踪人。
22日，美军部队折损过半，第3陆战师接替第4陆战师继续进攻元山。折钵山方面僵持不下。美军用火焰喷射器依次消灭坑道中的日军，无法烧到的情况用黄磷弹或者灌入汽油点燃迫使日军从山体内逃出。美国国内新闻界甚至强烈要求尼米兹释放毒气，但他没同意，使大量的陆战队员牺牲。
23日，第5陆战队把星条旗插到了折本山。24日至26日美军占领折钵山后集中进攻力量以每小时仅10米的速度向元山机场缓慢推进。日军使用战车26联队防守。26日黄昏美军最终占领机场，日军死伤过半，弹药供给严重不足，只剩原来的1/3。
美军工兵开始修复千鸟机场以便侦察机行动，察探敌情。3月初机场基本被修复。第二天一架轰炸东京后受伤的B29轰炸机在两军便首次着陆成功。日军在这主导国运的一战中尽最大可能部署防御力量，元山的正面由千田少将率领混成第2旅团防御，被美军称为绞肉机。03月05日栗林中将把指挥部撤往北部。06日，第一架P51战斗机在硫磺岛降落。07日，拂晓美军发起突击切断北部和东部的联系。
结局
栗林中道中将命令步兵第连队长池田大佐烧毁军旗，并于16日向东京大本营发出诀别电。03月17日美军抵达最北端的北之鼻展开进攻，同日栗林被晋升为大将并发出最后的命令。
03月26日栗林大将、市丸少将率领剩余的数百名士兵向美军航空兵营地作了最后一次万岁冲锋。造成美军53人死亡，人受伤。之后日军全军玉碎再也没有组织的抵抗。栗林大将冲锋前扯去了军衔章，所以确认尸体的真伪。市丸少将尸体上还发现了写给罗斯福的遗书。03月15日，美军宣布硫磺岛之战胜利。
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