因為呂宋島戰(zhàn)役進展緩慢，尼米茲將硫磺島的作戰(zhàn)推遲到1945年2月中旬。1944年10月初，美國太平洋艦隊司令部的參謀人員就將進攻硫磺島的計劃制定出來，參加作戰(zhàn)的地面部隊為第5兩棲軍，下轄海軍陸戰(zhàn)隊第3、4、5師，共約6萬人，由霍蘭·史密斯中將指揮;登陸編隊和支援編隊，由凱利特納中將指揮;米切爾中將指揮的第58特混編隊負責海空掩護;所有參戰(zhàn)登陸艦艇約500艘，軍艦約400艘，飛機約2000架，由第五艦隊司令斯普魯恩斯上將統(tǒng)一指揮。

在1944年前，日軍僅僅把硫磺島作為太平洋中部與南部的航空中繼基地，只部署了海軍守備部隊1500余人和飛機20架。1944年馬里亞納群島失守后，硫磺島的重要性日趨明顯，日軍才開始大力加強其防御力量，1944年3月下旬將4000余陸軍部隊送上島;5月將硫磺島的陸軍部隊整編為第109師團，由栗林忠道中將任師團長，并在島上配備了120、155毫米岸炮、100毫米高射炮和雙聯(lián)裝25毫米高射炮;7月日軍把海軍第27航空戰(zhàn)隊調(diào)至島上，將所有非戰(zhàn)斗人員撤出了硫磺島，修建了地下工事，將主要火力集中到山腳，射程覆蓋到灘頭。

從父島調(diào)來5,000人、從塞班撤回2,700人都集中到硫磺島，到8月，已經(jīng)達到12,700人。后來又來了1,233名海軍工兵修建工事。

8月10日，2,216名海軍到達。同時日軍向硫磺島調(diào)送武器，雖然許多運送船只被美軍擊沉，但到了1944年末，日軍仍然成功運送了許多武器到硫磺島上，包括361門75毫米(或更大)口徑的火炮，12門320毫米口徑的迫擊炮，65門150毫米中型迫擊炮和81毫米口徑的輕型迫擊炮，33門80毫米口徑的海軍炮(naval guns)，94門75毫米(或更大)口徑的高射炮，69門37毫米和47毫米口徑的反坦克炮，200挺20到25毫米口徑的高射機槍，70門火箭炮，帶著從90公斤射程為2-3公里到250公斤射程為7公里以上的***。

駐扎在朝鮮釜山的第26戰(zhàn)車聯(lián)隊28輛坦克和600士兵向硫磺島進發(fā)，雖然中途受到美國潛艇USS Cobia(SS-245)的**襲擊，仍然有22輛坦克到達，安置到戰(zhàn)略要點，半埋在土中，以防止空襲。

雖然受到美國艦艇的攔截，日軍仍然源源不斷地向島上運送，截止1945年2月，日軍在島上陸軍約1.5萬余人，海軍約7000余人，共約2.3萬人，飛機30余架，食品儲備足夠堅持兩個半月，由栗林統(tǒng)一指揮。

日軍在島上的中部高地和元山地區(qū)各建有一個機場，分別叫做千島機場和元山機場，也叫一號機場和二號機場，并在二號機場以北建造第三個機場。由于美軍迅速攻占了馬里亞納群島，原計劃運往馬里亞納群島的人員、裝備和物資都被就近轉(zhuǎn)用于硫磺島，盡管美軍組織飛機、潛艇全力出擊，企圖切斷硫磺島的增援和補給，但日軍以父島為中轉(zhuǎn)站，采取小艇駁運的方式，因此美軍的封鎖效果并不理想。

由于日軍的海空軍主力在菲律賓戰(zhàn)役中遭到了毀滅性的打擊，已無力為硫磺島提供海空支援，硫磺島的抗登陸作戰(zhàn)是要在幾乎沒有海空支援的情況下進行。栗林是出色的職業(yè)軍人，曾擔任過天皇警衛(wèi)部隊的指揮官，他意識到面對美軍絕對海空優(yōu)勢，灘頭作戰(zhàn)難以奏效，主張憑借折缽山和元山山地的有利地形，依托堅固的工事，實施縱深防御。

當?shù)氐幕鹕交液退嗷旌峡梢猿蔀榉浅Ａ己玫幕炷粒哲娪么私ǔ稍S多非常堅固的地下工事，為了防止人員被圍困，每個工事都有許多出口，四通八達，通風良好，大的暗堡甚至可以容下300到400人。日軍還準備建成27,000米的地下通道，連接所有的地下工事，美軍登陸時已經(jīng)完成了18,000米。

但海軍守備部隊仍堅持殲敵于灘頭，最后栗林做出了折衷的方案，以縱深防御為主，灘頭防御為輔，海軍守備部隊沿海灘構(gòu)筑永備發(fā)射點和堅固支撐點，進行前沿防御;陸軍主力則集中在折缽山和元山地區(qū)，實施縱深防御。

栗林忠道決心將硫磺島建成堅固的要塞，以折缽山為核心陣地，以兩個機場為主要防御地帶，在適宜登陸的東西海灘則是以永備發(fā)射點和堅固支撐點為骨干的防御陣地，日軍的防御工事多以地下坑道陣地為主，混凝土工事與天然巖洞有機結(jié)合，并有交通壕相互連接。

炮兵陣地也大都建成半地下式，盡管犧牲了射界，卻大大提高了在猛烈轟擊下生存的能力。火炮和通訊網(wǎng)絡(luò)都受到良好保護，折缽山幾乎被掏空，筑有的坑道工事達九層之多!針對美軍的作戰(zhàn)特點，栗林在海灘前沿地帶埋設(shè)了大量**，機槍、迫擊炮、反坦克炮構(gòu)成綿密火力網(wǎng)，所有武器的配置與射擊目標都進行過精確計算，既能隱蔽自己，又能最大限度殺傷美軍。

唯一不足的是，原計劃元山地區(qū)將修筑的坑道工事有28公里長，由于時間不夠，當美軍發(fā)動進攻時只完成了70%，約18公里，而且折缽山與元山之間也沒有坑道連接。

栗林一改日軍在戰(zhàn)爭初期的死拼戰(zhàn)術(shù)，借鑒塞班島日軍反登陸戰(zhàn)3天內(nèi)損失3萬人的戰(zhàn)例后主張對美軍搶灘采取不抵抗戰(zhàn)術(shù)。直到美軍先頭部隊進入陸地500米再發(fā)起反擊，利用隱蔽工事近距離地大量殺傷美軍有生力量。

規(guī)定了近距射擊、分兵機動防御、誘伏等戰(zhàn)術(shù)，還嚴禁自殺沖鋒，號召每一個士兵至少要殺死十個美軍。栗林的這些苦心經(jīng)營，確實給美軍造成了巨大的困難，使硫磺島之戰(zhàn)成為太平洋上最殘酷、艱巨的兩棲登陸戰(zhàn)役。