美國海軍陸戰隊行進中
攻擊初期，蘇羅巴其山的日本人受到美海軍火力支援部隊猛烈打擊，在攻擊開始的第四天被第28海軍陸戰隊佔領。這一個神奇的時刻被美聯社攝影師喬·羅森塔爾（Joe Rosenthal）所捕捉，但戰鬥仍然要進行血腥的一個月。看到星條旗升起後，其他登陸部隊歡呼雀躍，然後繼續向北推進。施密特將軍命令第3海軍陸戰師登陸並投入戰鬥。
此時的硫磺島已四面楚歌，美國人擁有優越的火力優勢，日本人則利用他們準備好的位置和對他們有利的隱蔽性。這場戰鬥誰都沒有絕對的優勢，這是美國海軍陸戰隊歷史上最艱苦、傷亡最慘重的戰鬥。海軍陸戰隊隊員們沒有有效的方法去對付躲藏在地道里的日軍，只能與他們進行肉搏戰。
硫磺島北部滿是曲折的溝壑，平彈道海軍的炮火效果較差。更糟糕的是，斯普魯安斯海軍中將抽調了8個擔任空中支援行動的訓練有素的海軍陸戰隊中隊，去參加東京附近的作戰。從剩餘的護衛艦上起飛戰機不能攜帶大型炸彈，也不能飛到1500英尺以下。美軍使用了一些凝固汽油彈，但效果不理想。
總部位於馬里亞納斯的第七空軍聯隊B-24解放者轟炸機繼續每天轟炸硫磺島。在最初的一週之後，一些最佳的近距離空中支援來自陸軍空軍的北美P-51野馬中隊，這些中隊進駐了蘇羅巴其山下面的第一個被佔領的機場。海軍上校弗農·麥基指揮指示飛行員用12秒引信裝備的1000磅炸彈，主要攻擊海軍陸戰隊側面的懸崖。有時，這些炸彈效果驚人，將懸崖的一面炸開，露出了裡面的隧道。
攻防雙方都使用了用於近距離戰鬥的新武器。日本人擁有巨大的320毫米"刺突"迫擊炮，發射的炮彈比大多數海軍陸戰隊所見過的要大，還使用了從原始火箭發射器發射的空中炸彈，這些炸彈對人的心理影響是驚人的。在硫磺島倖存下來的美國人從來沒有忘記過看到那些巨大的炸彈，一個55加侖大小的炸彈，炮火不停的翻滾，彷彿近在咫尺。而美國人這邊，他們將謝爾曼M4A3中型戰車內置的Mark I噴火器引入。Mark I系統可以在150碼範圍內噴射燃燒的凝固汽油，持續時間超過一分鐘。不幸的是，裝備Mark I噴火器的戰車只有八輛，缺口很大。
戰鬥的前三週中，大多數人員傷亡是由高爆炸物造成的，這些爆炸物包括：迫擊炮，大炮，地雷，手榴彈和可怕的火箭彈。這些爆炸物往往使死難者的屍體殘缺不堪。許多被切成兩半。
喬錢伯斯上校所在部隊的任務是佔領右翼的採石場，他們為此付出了驚人的代價，僅在第一天就損失了22名軍官和500名士兵。三天後，一名日本機槍手射中了錢伯斯的胸部。營外科醫生冒著極大的危險將他從火線中拉出，挽救了他的生命。錢伯斯回家了，他獲得了榮譽勳章。
包括錢伯斯上校在內，在硫磺島作戰的24名海軍陸戰步兵營指揮官中有14人喪生或受傷，連長和排長損失更大。一位奇蹟般地倖存下來的連長指揮官說，他的部隊全員都有死傷-每個人至少遭到一次襲擊。
在第16天的黎明前，第3海軍陸戰師的機動部隊實施了太平洋戰爭中少有的營級部隊夜間攻擊。凌晨5點，第9海軍陸戰隊第3營悄無聲息地越過前沿陣地，穿過炮火，向362C小山前進，距離500碼。該營小心翼翼地在開闊地上移動了35分鐘，當日軍組織起有效抵抗時，海軍陸戰隊已經接近上山了。然而，令人意外的是，在黑暗中，美軍佔領了錯誤的小山。他們的真實目標在250碼距離外。但正是該營的突襲實現了真正的突破。
3月4日，攻擊後兩週，一架B-29轟炸機在被佔領的轟炸機跑道上緊急著陸，而戰鬥仍在進行。在戰鬥中，有35架B-29轟炸機在硫磺島緊急降落。3月16日，施密特宣佈硫磺島被完全佔領。他手下的軍人們對這種過早下的結論不以為然，他們仍將繼續與頑固的日本士兵戰鬥。最終，前線部隊到達了北海岸的北角。
3月26日，即登陸後整整34天，施密特宣佈行動結束。然而，僅僅幾個小時前，一支由350名日本人組成的武裝部隊滲透到海軍陸戰隊的陣地上，突入支援部隊的後方營地，在黑暗中造成200名人員傷亡，隨後被殲滅。第147陸軍守備部隊的步兵負責了該島的後續守衛任務。
奪取硫磺島已經實現了參謀長聯席會議所期望的所有戰略目標。此後，美國B-29將硫磺島作為應急著陸場，可以攜帶較少的備用燃料和更大的炸彈有效載荷。硫磺島起飛的戰機可以為轟炸機提供護航，包括北海道在內的所有日本島嶼都將進入美軍轟炸範圍。
在戰鬥中，美軍殺死了約20000名日本人，抓獲近1100名俘虜。但美國人也付出了驚人的代價。第五軍總共傷亡24053人，6000多人陣亡，總體傷亡率約為30％，許多步槍營超過75％。
但是人們沒有時間悲傷。佔領硫磺島四天後，沖繩戰役開始。那場戰役同樣是血腥而艱苦的，是對日本本土島嶼的攻擊。這條通往東京的漫長而血腥的道路看起來比以往任何時候都昂貴。
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