在1944年以前，日本并没对硫磺岛的防御太过重视，直到马里亚纳群岛失守以后，硫磺岛的重要性逐渐凸显。日军任命栗林忠道中将负责硫磺岛的防卫，他认为美军拥有绝对的海空军优势，要想守住硫磺岛只能依托有利地形，依托坚固的工事，进行纵深防御。日军的阵地多以坑道为主，混凝土工事与天然洞泶有机的进行结合，相互连接。日军还在海滩布设了大量的地雷，构建了严密的火力网，在隐蔽的情况下大量的杀伤美军。
1945年2月，美军6.1万人登陆，在800艘舰船，2000架飞机的掩护下，向硫磺岛投下了28000吨的弹药进行火力准备。2月19日，美军在硫磺岛东南方向实施登陆，美军原本雄心勃勃的预计只需5天就可以占领全岛。结果美军受到了日军火力的猛烈阻击，日军龟缩在工事内抵抗，并不主动出击，让美军打得十分被动。
3月8日晚，日军第2混成旅团在千田少将的带领下，向元山机场发起最后的玉碎攻击。
人数仅2万的日军在经过整整36天的苦苦支撑后，终于弹尽粮绝。在栗林忠道“宁为玉碎不为瓦全”的号召声中，日军以自杀的方式进行了最后的抵抗，在子弹打完以后，抱着炸药桶冲向美军阵地引爆，甚至提到军刀进行了最后的冲锋。
3月14日傍晚，市丸少将以下900多人在向栗林忠道发出诀别电报后，全部从藏身的洞泶冲出自杀。
196名日军组成敢死队，其中40人举着军刀向美军发起了最后的万岁突击，给美军造成了极大的混乱。
3月25日深夜，栗林忠道中将，大须贺、市丸少将，池田、高石大佐等400多名日军官兵，进行了硫磺岛上最后的自杀冲锋。
战至3月26日,美军终于控制了全岛。在硫磺岛战役期间,日军守备部队阵亡22305人,被俘1083人,共计23388人。美军从2月19日至3月26日,阵亡6821人,伤21865人,伤亡共计28686人。美日双方伤亡比为1.23:1。
在这场战役中美军之所以伤亡惨重，除了日军具有坚固的防御工事和狂热的死拼到底的军国主义精神，美军情报机构对硫磺岛日军作战能力的错误评估也是重要原因。由于美军情报部门低估了日军的人数、武器装备以及防守能力，造成了美军在绝对优势兵力情况下付出了极其惨重的代价。