3月9日美軍占領了尚未完工的三號機場。粟林得知美軍突破了防線將日軍一分為二時,立即組織部隊進行反擊,他深知美軍火力的強大,正麵進攻難以奏效,所以進行的是夜間滲透反擊。他命令部隊盡可能穿越美軍的防線,滲透到美軍後方重新打通兩翼聯係。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,依托工事頑強抗擊,給予反擊日軍重大殺傷,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為不利的影響。
3月10日,陸戰三師將日軍防線截為兩段後,隨即開始向兩麵擴張戰果,九團向東,二十一團向西,分別策應陸戰四師、五師的攻擊。盡管日軍的防禦態勢已經相當不利,但日軍仍依托工事死戰不退,尤其是陸戰五師麵對的是由粟林直接指揮的部隊,遭到的抵抗更為激烈,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到了戰鬥之中。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,接著說明了目前無法取勝的處境,最後要求他們指揮所屬部隊停止抵抗,美軍將保證投降日軍根據《日內瓦公約》受到人道待遇。但勸降信如同石沉大海,沒有回音。
3月16日,東北部的800餘日軍被殲滅,美軍於當日十八時宣布占領硫磺島,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,然後讓他們給粟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大佐的傳令兵,但到了規定的時間期限,日軍仍未投降,這兩名戰俘為美軍的人道主義待遇所感動,竟留在日軍防線裏,通過報話機為美軍炮火指引目標,一直到18日才返回美軍戰線。
3月21日,日本天皇晉升栗林為大將軍銜,以表彰他的英勇作戰。
從16日美軍宣布占領硫磺島後又經過整整一周的激戰,24日美軍才將殘餘的日軍壓縮在島北部約2100平方米的狹小範圍裏。粟林於當晚焚毀了軍旗,發出了最後的訣別電報,然後銷毀密碼,準備實施最後的決死反擊。
3月25日,栗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。
3月26日淩晨,栗林親自率領約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,粟林負傷後在島上剖腹自殺,美軍傷亡172人。美軍於當天八時宣布硫磺島戰役結束,但清剿殘餘日軍的戰鬥一直持續到四月底。
硫磺島的守備部隊在殊死抵抗的同時,日本海軍聯合艦隊由於主要的水麵艦隻在菲律賓萊特灣海戰中損失殆盡,殘餘軍艦因為燃料不足,也無力組織救援。能夠出動增援的就隻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,日軍大本營決定盡量避免損失,隻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。
2月19日,日軍在香取基地成立了以自殺飛機為主體的“第二禦盾特別攻擊隊”,專門擔負特攻使命。
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海裏正準備執行夜間空中巡邏任務的“薩拉托加”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,“薩拉托加”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“薩拉托加”號,在航母甲板上翻滾著落入海中,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。隻是因為艦上損管人員搶修得力才幸免沉沒,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,並在機庫裏爆炸,立即引爆了機庫裏的飛機,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,隻得下令棄艦。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。2月19日,日軍以伊—368、伊—370、伊—44各攜帶五條、五條和四條人操魚雷,組成代號為“千草”的特攻隊,於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。
2月23日,又命令16日從吳港出發原定前往琉球群島活動的呂—43號潛艇改往硫磺島攻擊美艦。
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—368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製,無法占據人操魚雷的出發陣位,隻好返航,回日本後艇長因未完成任務而被撤職。
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為“神武”的特攻隊,分別於3月1日和2日從吳港出發,但到了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。
戰役影響
硫磺島戰役的勝利,不僅使美軍獲得了轟炸日本本土的重要基地,還打開了直接攻擊日本本土的通道。而美軍在硫磺島的慘重傷亡,也使美軍的高層意識到如果進攻日本本土,一定會遇到比在硫磺島更頑強的抵抗,美軍的傷亡將會更慘重,因此,日後美國對日本使用原子彈,很大程度上是出於擔心在日本本土登陸將會遭到硫磺島那樣的巨大傷亡。