硫磺島北距東京650海裏，南距馬裏亞納群島的塞班島630海裏，幾乎正處在兩地的中間，島上的日軍不僅可以向東京提供早期預警，而且可以起飛戰鬥機進行攔截，甚至還不斷出動飛機攻擊美軍在塞班島等地的機場，更是大大降低了美軍對日本本土戰略轟炸的作用。硫磺島對美軍而言，簡直是如鯁在喉。如果美軍占領硫磺島，那所有的不利都轉化為有利，從硫磺島起飛B—29航程減少一半，載彈量則可增加一倍；戰鬥機如從硫磺島起飛，可以為B—29提供全程伴隨護航；甚至連B—24這樣的中型轟炸機也能從硫磺島起飛空襲日本本土；更重要的是硫磺島還可作為B—29的備降機場，供受傷的B—29緊急降落或加油。因此美軍對硫磺島是勢在必得！
由於關乎本土安危，日軍派出逾二萬二千人防守該個蕞爾小島。日軍的防禦工事以地下坑道陣地為主，混凝土工事與天然岩洞結合，大大提高了在猛烈轟擊下的生存能力，折山幾乎被掏空，築有的坑道達九層之多。這些苦心經營，確實給美軍造成了巨大的困難，使硫磺島之戰成為太平洋上最殘酷、最艱巨的登陸戰役。
美陸軍航空兵（即美國空軍的前身）司令阿諾德上將於1944年4月17日向美參謀長聯席會議提出攻占硫磺島的請求，美參謀長聯席會議隨即同意這一請求，責成太平洋戰區擔負此項作戰，太平洋戰區總司令兼太平洋艦隊總司令尼米茲上將為就近指揮，將其指揮部從珍珠港移至關島。
1944年10月初，太平洋艦隊司令部的參謀人員就將進攻硫磺島的計劃製定出來，參加作戰的地麵部隊為第5兩棲軍，下轄海軍陸戰隊第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一指揮。
由於參戰部隊中相當部分正在支援對呂宋島的登陸作戰，硫磺島戰役隻得等呂宋島戰役結束後的1945年1月才能開始，又因為呂宋島戰役進展緩慢，結束的日期從計劃的1944年12月20日推遲到了1945年1月9日，尼米茲再將硫磺島的作戰推遲到1945年2月中旬。
1944年馬裏亞納群島失守後，硫磺島的重要性日趨明顯，日軍才開始大力加強其防禦力量，3月下旬將4000餘陸軍部隊送上島；5月將硫磺島的陸軍部隊整編為第109師團，由粟林中道中將任師團長，並在島上配備了120、155毫米岸炮、100毫米高射炮和雙聯裝25毫米高射炮；7月海軍第27航空戰隊也調至島上。截止1945年2月，日軍在島上陸軍約1.5萬餘，海軍約7000餘，共約2.3萬人，飛機30餘架，由粟林統一指揮。日軍在島上的中部高地和元山地區各建有一個機場，分別叫做千島機場和元山機場，也叫一號機場和二號機場，並在二號機場以北建造第三個機場。
由於日軍的海空軍主力在菲律賓戰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是要在幾乎沒有海空支援的情況下進行。粟林是出色的職業軍人，曾擔任過天皇警衛部隊的指揮官，他意識到麵對美軍絕對海空優勢，灘頭作戰難以奏效，主張憑借折缽山和元山山地的有利地形，依托堅固的工事，實施縱深防禦。但海軍守備部隊仍堅持殲敵於灘頭，最後粟林做出了折衷的方案，以縱深防禦為主，灘頭防禦為輔，海軍守備部隊沿海灘構築永備發射點和堅固支撐點，進行防禦；陸軍主力則集中在折缽山和元山地區，實施縱深防禦。
粟林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禦地帶，在適宜登陸的東西海灘則是以永備發射點和堅固支撐點為骨幹的防禦陣地，日軍的防禦工事多以地下坑道陣地為主，混凝土工事與天然岩洞有機結合，並有交通壕相互連接。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能力。火炮和通訊網絡都受到良好保護，折缽山幾乎被掏空，築有的坑道就九層之多！針對美軍的作戰特點，粟林在海灘縱深埋設了大量地雷，機槍、迫擊炮、反坦克炮構成綿密火力網，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，又能最大限度殺傷敵軍。