日軍的防守計劃是把硫磺島全島築成要塞。考慮到美軍可能在南海岸的翁浜和二根浜登陸，還可能在西海岸的千鳥浜一帶登陸，便在這些地方的水邊構築碉堡，原預定構築135個，由於水泥不足，隻完成24個，其他已初具規模。
防衛的主陣地為地下陣地，采用鑽入地下的鼴鼠戰術，全部兵力都隱藏在地下，成為地下兵團，伺機消滅登陸的美軍。
兵團戰鬥司令部設在北部小丘的地下室內，離地麵深約20米，再往下約深45米的地下室為主要通訊室，能夠容納20台無線電機。地下室頂蓋用混凝土砌築，厚度約3米。
原來預定修築連接本島南部摺缽山（海拔550英尺的死火山）和北部元山的地下通道，以把島內地下通道連接成為網狀，由於實力不足，沒有完成，隻建成坑道陣地13公裏，交通道3公裏多，貯藏庫1平方公裏。在島的南部標高169米的摺缽山地區，像蜂窩一樣修築了400多個地堡和火力點，構築起鋼筋混凝土重火力掩蔽陣地，各出入口之間，修築約6公裏長的坑道或隧道，縱深配備了許多散兵壕、防坦克壕等等。
構築這樣龐大規模的地下工事，士兵們承受的苛酷艱辛可想而知。最難的是工程地質條件和水文地質條件太惡劣，全島到處有地熱，地下溫度高達49攝氏度，又兼硫磺氣味太濃，官兵隻能帶防毒麵具進行作業，所以坑道作業每班隻能連續幹五六分鍾。
島內飲水嚴重不足，隻能依靠收集雨水。各部隊除用鐵罐儲存雨水外，還想出一個特殊集水辦法，就是在噴出硫磺水蒸氣的地方，樹立幾根木樁，上麵覆蓋草席，把滴落的水滴用鐵罐回收。雖然這種水裏麵仍有硫磺味，但比沒有水要強得多。這樣千方百計得到的水仍是很有限的，根本不能解決缺水問題，所以限定兵團司令官以下全體官兵每人每天的用水量為3公升，飲用水每人每日1水桶。
儲存的糧食足夠食用75天，隻是蔬菜不足，再加上水質不良刺激胃壁，日軍不但營養不良，而且患傷寒或痢疾的約占20％以上。
2.在地獄中戰鬥
對這荒無人煙的小島，美軍在沒有登陸以前的2個月中，從空軍基地起飛的飛機已經把它轟炸了75次，由軍艦起飛的飛機也前來轟炸了7次，先後共出動飛機近3400架次，總投彈量達6800噸；硫磺島周邊集結的美軍軍艦共射擊8次，發射400毫米炮彈2000多發，200毫米炮彈6500發，127毫米炮彈1.5萬餘發。硫磺島地麵上再也看不見人影和樹木，隻有被掀翻的連綿沙丘。
美軍主攻硫磺島的水上支援部隊，共有護航航空母艦12艘，戰列艦6艘，巡洋艦5艘，驅逐艦16艘。登陸部隊共有海軍3個師，共6.1萬人。單登陸部隊人數就比日軍多3倍。
2月17日，美軍在翁浜海岸正式進攻。首先由驅逐艦掃雷艇護衛著登陸艇十餘艘向海岸挺進，到達距海岸700米的地方，美艦開始炮擊。在岸邊陣地的日軍東部海軍炮台立即開炮還擊，9時30分，6發炮彈擊中美巡洋艦“本薩拉”號，致使美軍死7人、傷98人。11時左右，登陸支援炮艇12艘也被擊傷，戰死和下落不明的共44人，負傷152人，其中9隻炮艇已不能使用。緊接著摺缽山上的海軍炮台也隆隆開炮，11時21分，美驅逐艦“羅茲”號被擊中，戰死和去向不明者7人，艦長以下34人負傷。日軍北部地區的炮台也發射炮彈，有6發擊中美巡洋艦1艘，巡洋艦頓時火光衝天。