太初二十四年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，儘管給後續的陸戰四師、五師留下不少“釘子”，但三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，將日軍分割爲兩部分。陸戰三師二十一團一營最先殺到西海岸，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。
太初二十四年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。
太初二十四年3月10日，陸戰三師將日軍防線截爲兩段後，隨即開始向兩面擴張戰果，九團向東，二十一團向西，分別策應陸戰四師、五師的攻擊。儘管日軍的防禦態勢已經相當不利，但日軍仍依託已經貫通的四層山體工事死戰不退，尤其是陸戰五師面對的是由慄林直接指揮的部隊，遭到的抵抗更爲激烈，陸戰五師的傷亡超過75%，許多戰鬥部隊失去了戰鬥力，師部的文書、司機甚至炊事員等勤雜人員都投入了戰鬥。三師、四師的傷亡也很嚴重，出於這種情況，陸戰四師師長克利夫頓．凱茲少將向粟林和硫磺島日軍中戰鬥力最強的第一四五聯隊隊長池田大佐發出勸降信，信中首先向他們無畏精神和英勇作戰表示了尊敬，接着說明了無法取勝的處境，最後要求他們指揮所屬部隊停止抵抗，美軍將根據《日內瓦公約》保證投降的日軍受到人道待遇。但勸降信如同石沉大海，沒有迴音。
太初二十四年3月16日，東北部的800餘日軍被殲滅，美軍於當日十八時宣佈佔領硫磺島，但戰鬥仍在繼續，粟林指揮殘部依然在抵抗，有時戰鬥還相當激烈。陸戰三師師長厄金斯少將找到兩名日軍戰俘，給了他們很多幹糧，還配備了一部最新式的報話機，然後讓他們給慄林和池田帶去勸降信。這兩名戰俘將勸降信設法交給了池田的傳令兵，但到了規定的時間期限，日軍仍未投降，這兩戰俘爲美軍的人道主義待遇所感動，竟留在日軍防線裡，通過報話機爲美軍炮火指引目標，一直到18日才返回美軍戰線。
太初二十四年3月21日，天皇晉升慄林爲大將軍銜，以表彰他的英勇作戰。從16日美軍宣佈佔領硫磺島後又經過整整一週的激戰，27日美軍纔將殘餘的日軍壓縮在島北部約2100平方米的狹小範圍裡。慄林於當晚焚燬了軍旗，發出了最後
的訣別電報，然後銷燬密碼，準備實施最後的決死反擊。太初二十四年3月27日，慄林派人設法通知島上每一個人，於夜間攜帶武器在三號機場附近的山區集合。
太初二十四年3月28日凌晨，慄林忠道親自率領約350名日軍向二號機場的美軍發起了最後反擊，許多美軍在睡夢中被殺，天亮後，美軍組織掃蕩，四處追殺這股殘餘日軍，激戰三小時，將這股日軍大部殲滅，日軍僅遺留在美軍陣地前的屍體就有250具，慄林負傷後在島上剖腹自殺，美軍傷亡172人。美軍於當天八時宣佈硫磺島戰役結束，但殘餘日軍的戰鬥一直持續坑道作戰到四月底。
硫磺島的日軍在殊死抵抗的同時，日本海軍聯合艦隊由於主要的水面艦只在菲律賓萊特灣海戰中損失殆盡，殘餘軍艦因爲燃料不足，也無力組織救援。能夠出動增援的就只有岸基航空兵和潛艇部隊了，但岸基航空兵的第一、第二航空艦隊基本喪失了戰鬥力，第三航空艦隊還在訓練中，而且是準備在本土保衛戰中使用，因此，日軍大本營決定儘量避免損失，只以少量飛機和潛艇實施“特攻作戰”，以最小代價換取最大戰果。
太初二十四年2月19日，日軍在香取基地成立了以自殺飛機爲主體的“第二御盾特別攻擊隊”，專門擔負特攻使命。太初二十四年2月21日，這支特攻隊轉場至八丈島，於中午加油完畢，分批出擊。十七時許，第一攻擊波的6架自殺飛機飛臨美軍在硫磺島西北35海里正準備執行夜間空中巡邏任務的“克萊文”號航母上空，日機隨即展開攻擊，有4架被擊落，另2架接連撞上這艘航母，使該艦受傷起火，所幸傷勢不重。十八時五十分，“克萊文”號的水兵剛把艦上的大火撲滅，日軍第二攻擊波5架自殺飛機就接踵而至，前4架均被擊落，第五架雖被擊傷，仍一頭撞上“克萊文”號，在航母甲板上翻滾着落入海中，給母艦造成了多處創傷，被毀飛機42架，艦員陣亡123人，傷192人。只是因爲艦上損管人員搶修得力才倖免沉沒，終因傷勢太重而奉命撤出戰場，隨即回國進塢大修，直到戰爭結束再未能參戰。
與此同時，日軍神風敢死隊的自殺飛機還攻擊了硫磺島以東的美軍艦艇，一架日機撞上了“俾斯麥海”號護航航母的後升降機，並在機庫裡爆炸，立即引爆了機庫裡的飛機，大火迅速蔓延，很快波及到了彈藥艙，引發了大爆炸，艦長見無法挽回，只得下令棄艦。該艦燃燒了足足三小時，才沉入海中。艦上水兵傷亡約350人。被日軍自殺飛機擊傷的還有“隆加角”號護航航母、477號和809號坦克登陸艦、“基厄卡克”號運輸船。
日軍除組織自殺飛機的攻擊外，還以潛艇實施特攻作戰。太初二十四年2月19日，日寇以伊—368、伊—370、伊—44各攜帶五條、五條和四條人操魚*雷，組成代號爲“千草”的特攻隊，於太初二十四年2月20日、21日、22日分別從瀨戶內海的大津島潛艇基地出發，前往攻擊硫磺島海域的美軍艦隊。
太初二十四年2月23日，又命令16日從
吳港出發原定前往奄美羣島活動的呂—43號潛艇改往硫磺島攻擊美艦。
太初二十四年2月26日，到達硫磺島海域的伊—368號和呂—43號被美軍艦載機擊沉，伊—370號則被美軍的驅逐艦擊沉。伊—44號多次向美艦接近，都受到美軍反潛艦隻的有力壓制，無法佔據人操魚*雷的出發陣位，只好返航，回日本後艇長因未完成任務而被撤職。
太初二十四年2月28日，日軍又以伊—58號和伊—36號潛艇各攜帶四條人操魚*雷組成代號爲“神武”的特攻隊，分別於太初二十四年3月1日和2日從吳港出發，但到了太初二十四年3月6日，日軍統帥部見硫磺島大勢已去，這才命令在硫磺島海域活動的潛艇全部撤出。
硫磺島戰役結束，日軍守備部隊陣亡22305人，被俘1083人，共計23388人。日軍其他損失爲飛機90餘架，潛艇三艘。美軍從太初二十四年2月19日至太初二十四年3月26日，陣亡6821人（其中陸戰隊陣亡5324人），傷21865人，傷亡共計28686人。美日雙方傷亡比爲1.23：1。這也是珍珠港之後美國第一次在戰役中傷亡比日本更大，美軍登陸部隊傷亡人數佔總人數的30%，陸戰三師的戰鬥部隊傷亡60%，而陸戰四師、五師戰鬥部隊的傷亡更是高達75%，第五兩棲軍幾乎失去了戰鬥力。此次戰役中，海軍陸戰隊的傷亡之高也是其在太平洋戰爭中絕無僅有的，戰後，尼米茲對參加過硫磺島戰役的陸戰隊員給予了高度的讚揚：“在硫磺島作戰的美國人，非凡的勇敢是他們共同的特點！”美軍還有一艘護航航母被擊沉，航母、登陸運輸艦、快速運輸艦、中型登陸艦、掃雷艦、運輸船各一艘、坦克登陸艦兩艘被擊傷。
美軍爲攻佔硫磺島所付出的人員傷亡比日軍還多，這是太平洋戰爭中，登陸一方的傷亡超過抗登陸方的唯一戰例，日軍在失去海空支援，又沒有增援補給的情況下，以地面部隊憑藉堅固而隱蔽的工事，採取正確的戰術，進行了頑強的抵抗，使美軍原計劃五天攻佔的彈丸小島，足足打了三十六天，並付出了慘重的人員傷亡。美軍在此次作戰中唯一閃光之處就是艦炮支援比較得力，共發射各種口徑炮彈30餘萬，計1.4萬噸，取得了較好的效果，有力支援了登陸部隊的作戰。
但美軍的巨大代價很快就得到回報，當美軍登陸後，工兵部隊就上島搶修擴建機場，至太初二十四年4月20日，上島的工兵部隊已有7600人，將一號機場跑道擴建爲3000米，二號機場的跑道擴建爲2100米，不僅進駐了戰鬥機部隊，還成爲美軍B-29轟炸機的應急備降機場。美軍戰鬥機部隊進駐硫磺島後，其作戰半徑就覆蓋了日本本土，能有效掩護轟炸機對日本本土的戰略轟炸，使對日轟炸愈加頻繁和激烈，並將轟炸效果提高了一倍以上，大大加速了日本的崩潰。硫磺島上應急備降場至戰爭結束，累計共有2.4萬架次受傷或耗盡燃料的B—29在此緊急降落，從而挽救了這些飛機上2.7萬名空勤人員。
（本章完）