剛趕到硫磺島視察的美國海軍部長福雷斯特和第五兩棲軍軍長史密斯注視着在折鉢山山頂飄揚的國旗，非常激動，福雷斯特總結到:“折鉢山升起的國旗意味着海軍陸戰隊從此後五百年的榮譽!”
海面上軍艦上的水兵看到這面象徵勝利的旗幟，歡聲雷動!--特納將陸戰五師二十八團留在折鉢山，負責肅清山上殘餘的日軍，而五師的另兩個團則調到北部，協同四師攻擊元山地區的日軍。
同日美軍的航母編隊在硫磺島以東海域與海上勤務大隊會合，接受海上補給，當晚再次向日本本土進發，以壓制日本鬼子可能對硫磺島的支援。
1945年2月24日，戰鬥更爲激烈殘酷，日軍使用戰車26聯隊防守元山機場。陸戰3師21團在海空火力的大力支援下，由坦克開道，終於突破了日軍在元山機場南側的防線，推進730米，拔除了日軍近800個碉堡，日軍隨即發動了一次逆襲，二十一團猝不及防，一度被迫後退，隨後在艦炮支援下拼死反擊，纔將陣地鞏固。
很快美軍就發現，隨着逐漸升高的地形，日軍構築了密如蟻穴的地堡和縱橫交錯的坑道網，憑藉着這些工事抵抗是越來越頑強。至當天，美軍傷亡總數已達6000人，其中陣亡1600人，面對如此慘重的傷亡，美軍將作爲預備隊的陸戰3師師部和陸戰第9團、野戰炮兵第12團送上島，投入戰鬥。
1945年2月25日，三個陸戰師在硫磺島並肩開始攻擊，4師在右，3師居中，5師在左，並列向東北推進。
同一天拂曉，美軍的航母編隊到達距東京東南190海里海域，出動艦載機對東京地區日本鬼子的機場和飛機制造廠進行空襲，1945年2月26日黃昏美軍佔領元山機場，至此日軍死傷過半，彈藥只剩原來的1/3。同日美軍工兵修復千鳥機場可供偵察機起降。
3月初機場基本上完成修復。空襲和第一次空襲一樣，因爲天氣惡劣，轟炸效果並不理想，米切爾隨後指揮航母編隊轉向西南，前去突擊沖繩島。於1945年3月1日對衝繩首府那霸進行了空襲，同時對衝繩島、慶良間列島和奄美大島等地進行了航空攝影，爲即將開始的沖繩戰役提供資料。
航母編隊最後於1945年3月4日返回了烏利西。硫磺島上的美軍每前進一步，都要付出巨大的代價，戰鬥已經成爲不折不扣的消耗，有時一整天只前進4米，慘重的傷亡甚至使軍官們都沒有勇氣再將士兵投入戰鬥。
日軍在元山的正面由千田少將率領混成第2旅團防守，在對島上第二制高點382高地的爭奪中，陸戰4師屢屢陷入日本鬼子的交叉火網，傷亡極其慘重，382高地因此被稱爲"絞肉機"，戰鬥部隊的傷亡高達50%以上，有經驗的連、排長和軍士長傷亡殆盡，許多部隊連長由少尉或上士擔任，而排、班長大都由普通士兵擔任。
美軍必須逐一消滅側翼的鬼子的陣地，解除側翼威脅，纔有可能向前推進，所以戰鬥異常殘酷、激烈，直到1945年3月2日，24團才攻上了高地，但所付出的傷亡是巨大的，有好幾個連的官兵非死即傷，幾乎全連覆沒。
左翼的5師，攻擊362高地的遭遇與4師在382高地如出一轍:剛攻上山頭，側翼日寇立即以密集火力封鎖美軍的退路，再以縱深火力和兇猛的反擊將攻上高地的美軍盡數消滅，美軍死傷枕籍，卻毫無收穫，只得先消滅最突出部的日寇陣地，再步步爲營艱難向前推進。
日軍早已掌握了美軍的攻擊程序，先是航空火力準備，再是艦炮火力轟擊，接着是地面炮火射擊，最後纔是步兵衝擊，所以日軍總在坑道里躲過美軍的炮火，再進入陣地迎擊步兵的進攻，美軍一次又一次的攻勢都落空了。
美軍飽嘗失利的滋味，終於痛定思痛，改變戰術，1945年3月7日拂曉，美軍沒進行任何炮火準備，藉助黎明前的黑夜，悄然接近日軍陣地，突然發起衝擊，打了日軍一個措手不及，一舉攻佔了362高地。
陸戰隊員的巨大犧牲並沒有白費，1945年3月3日，就有一架C-47運輸機在硫磺島的一號機場降落。次日一架在轟炸東京後受傷的B-29在硫磺島緊急降落，3月6日第一架P-51戰鬥機在硫磺島降落。硫磺島的戰略價值已經開始得到了體現。
1945年3月7日，美軍發動總攻，擔負中央突破的陸戰三師勢如破竹，進展神速，遇到難以克服的日軍陣地就設法繞過去，繼續向前推進，儘管給後續的陸戰4師、5師留下不少"釘子"，但3師突破了日軍的防線，並於兩天後攻到了西海岸，佔據了一段約800米長的海岸，將日軍分割爲北、東兩部分並切斷了聯繫。
陸戰3師21團1營最先殺到西海岸，作爲戰績的證據，營長在一個軍用水壺裡裝滿了海水，貼上:"只供檢驗不得飲用。"的標籤，派人送給師長厄金斯少將。1945年3月9日美軍佔領了尚未完工的三號機場。
慄林中將得知美軍突破了防線將日軍一分爲二時，立即組織部隊進行反擊，他深知美軍火力強，正面進攻難以奏效，所以進行的是夜間滲透反擊。他命令部隊儘可能穿越美軍的防線，滲透到美軍後方重新打通兩翼聯繫。
美軍發現了日軍的行動，發射的照明彈將黑夜照得如同白晝，許多日軍越過了美軍的前沿防線，有的甚至滲透距離達1600米，但美軍預備隊和後方勤務人員，依託工事頑強抗擊，給予反擊的日軍重大殺傷，天亮時，日軍的反擊被徹底粉碎，傷亡至少一千人，徒勞無功，反而損失了大量有生力量，給以後的作戰帶來極爲不利的影響。
1945年3月10日，陸戰3師將日軍防線截爲兩段後，隨即開始向兩面擴張戰果，9團向東，21團向西，分別策應陸戰4師、5師的攻擊。