美军进攻菲律宾同时，于年2月进攻距东京公里的硫黄岛。在这个面积仅20平方公里的火山岛上，预定5天结束的战斗竟拖延了36天。
硫黄岛长约8公里，宽约4公里，形状酷似火腿，因南部有一座尚未完全冷却的死火山折钵山终年喷发着雾气，硫黄味弥漫全岛，因而得此名。这个小岛位于东京与美军刚攻占的塞班岛、关岛的中间位置。美军从马里亚纳群岛机场出动B-29重型轰炸机空袭日本，因航程太远需要多载油，只能携带3吨炸弹，战斗机又无法全程护航，损失大而战果小。
硫黄岛上的日军除了向东京提供早期预警，还不断出动飞机攻击美军在塞班岛等地的机场，对美军简直是如鲠在喉。
从年10月至年2月初，美军不断以飞机、舰炮轰击硫黄岛，消耗弹药达2.4万吨，日军躲入地下工事损失轻微，隐蔽火力点被毁不到20%。年2月19日，在7艘战列舰、4艘重巡洋舰的火力支援下，美军海军陆战队三个师近7万人在硫黄岛登陆，上岸的第一批部队马上遭受早已测好射击诸元的日军暗火力点袭击，当天便伤亡人。
美军坦克上岛后，大都陷入火山灰动弹不得，只好以舰炮火力支援步兵攻击，一步步向前推进。由于日军很多工事都建在舰炮火力无法射中的岩洞中，美军只好以手榴弹、炸药包、火焰喷射器逐一消灭，有时出动推土机将洞口封闭。这样的推进简直像蜗牛爬行，一般每天只前进米，有时一整天只前进4米，还要付出重大伤亡。
美军毕竟有强大的火力，陆战队员也表现出勇敢精神。经四天血战，2月23日10时，陆战第5师终于攻上全岛制高点折钵山的山顶，升起了美国国旗。
岛上日军得不到任何外援，在阴暗的坑道和地堡中久战，弹药也快消耗殆尽，有少数丧失意志者陆续出来投降。看到覆没将至，3月26日凌晨，栗林忠道亲自率领约名日军向美军发起了最后突袭，天亮后被美军组织扫荡追杀殆尽，栗林本人下落不明，估计已自杀。
此次硫黄岛之战，日军阵亡共2.23万人，被俘人（基本系最后投降者）。美军阵亡人，伤人，伤亡共计2.86万人。美军拥有绝对优势的兵力火力，付出的伤亡比日军还多，这是在太平洋战争中实施登陆战中仅有的一例。
