最初，斯普魯恩斯和尼米茲都認為攻占這樣一個彈丸小島，不會費多大力氣，但看了對硫磺島的空中偵察所拍攝的航空照片後，才知道在這個島上極可能存在不同尋常的防禦係統，史密斯中將仔細研究了航空照片後，表示這將是最難攻占的島嶼，並被關掉預計此役將要付出兩萬人的傷亡。
1月28日當負責組織對日本本土戰略轟炸的陸軍航空兵第二十一航空隊司令柯蒂斯·李梅少將前來協商航空兵如何支援硫磺島登陸作戰時，斯普魯恩斯向他提出關於硫磺島對於戰爭究竟有多少價值的問題，李梅立即肯定地表示沒有硫磺島就無法有效地對日本本土進行戰略轟炸。這讓斯普魯恩斯堅定了信念，決心不惜付出巨大代價攻取硫磺島。
2月2日，尼米茲來到烏利西，視察硫磺島作戰的準備情況。斯普魯恩斯提議為阻止日軍對硫磺島可能的增援，必須首先使用艦載航空兵對日本本土的關東地區機場進行壓製，尼米茲同意了這一計劃。隨後，尼米茲又前往塞班島觀看了將在硫磺島實施登陸作戰的第五兩棲軍的三個海軍陸戰隊師進行的臨戰演習。
2月10日，斯普魯恩斯以“印第安納波利斯”號重巡洋艦為旗艦，第58特混編隊司令米切爾以“邦克山”號航母為旗艦，一起率領由16艘航母、8艘戰列艦、15艘巡洋艦、77艘驅逐艦組成的航母編隊駛離烏利西，經馬裏亞納群島和小笠原群島以東，直撲日本本土。這是美軍自1942年4月杜利特爾空襲東京以來航母編隊第一次襲擊日本本土。斯普魯恩斯計劃16日抵達日本外海，以16日、17日兩天時間對日本本土關東地區的機場進行壓製性的空襲，然後再南下參加硫磺島作戰。他特別擔心日軍的神風特攻隊的威脅，所以每艘航母上隻有30架轟炸機和魚雷機，其餘全部搭載戰鬥機。為了盡量減少被日軍發現的可能，出動多艘潛艇在編隊航道前方擔任偵察搜索，而塞班島的岸基航空兵則以B—24和 B—29對編隊經過的海域上空進行巡邏警戒。編隊自身還以多艘驅逐艦在編隊前方組成搜索幕，同時以艦載機進行二十四小時不間斷反潛警戒。正是由於采取了上述嚴密的防範措施，加上惡劣天氣的掩護，美軍航母編隊於16日拂曉一直到達距東京東南125海裏海域，此地距最近的日本本土海岸僅60海裏，但是仍然沒被日軍發現。
2月16日，美軍航母編隊出動艦載機1000餘架次，分成數個攻擊波對東京灣各機場進行攻擊，由於天空中陰雲低垂，攻擊效果並不理想。
2月17日，美軍又出動兩個攻擊波艦載機500餘架次，對關東地區的機場、飛機製造廠、錨泊船舶等目標進行了轟炸。兩天裏，美軍在空戰中擊落日機332架，在地麵上擊毀日機177架，給一些機場、飛機製造廠造成了一定破壞，這次空襲的效果不是很大，但卻極大吸引了日軍注意力。當天下午，美軍航母編隊離開日本外海南下，開赴硫磺島參加戰鬥。
雙方兵力分析
美國：
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。
日本：
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，隻部署了海軍守備部隊1500餘人和飛機20架。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，由栗林忠道中將任師團長，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，由栗林中道統一指揮。