21日，日軍采取散兵戰與美軍周旋。由於日軍在暗處，美軍不識地道交通網絡，不少官兵死於冷槍之下。
22日，美軍動用坦克封鎖地下戰壕進出口，火焰噴射器噴出長長的熾熱火舌，舔吮著日軍士兵的頭部和身軀。火焰噴入日軍地下戰壕後，洞中岩石如同火炭般散發高溫，洞內像冒火一樣炎熱難耐，而垂死的日軍仍然拚命頑抗。
美軍運用火攻初步見效後，又用含有白磷的手榴彈、煙幕彈在洞內引爆，打算把日軍嗆死、燒死或窒息而死。同時采用封口法，用炸藥或推土機封口，將躲在洞窟深部的日軍活埋在裏麵。洞內殘存的日軍已無還擊能力，隻有在黑暗的深洞內把鼻子緊貼地麵，吮吸土中的空氣。
23日，美軍在硫磺島最高峰摺缽山山頂升起星條旗。剩下的300餘名日軍在栗林司令官指揮下仍在洞內伺機反撲，戰鬥還在繼續中。
3.反撲失敗
摺缽山失守，日軍硫磺島殘軍大勢已去。栗林司令官如果認清大勢，體恤部下性命，本該下令投降。可是，頑固不化的軍國主義頭目非要強令官兵與他一起為天皇白白送命，這使美軍也相應增加了傷亡數目。
美軍登陸後的第10天，2月28日，已占領了硫磺島南半部及千鳥機場和元山機場，整個島上表麵陣地已看不到日軍影子。3月1日，美軍采用摺缽山攻堅戰術，把玉名山守敵趕進深洞，然後用鑽岩機鑽孔爆破，投入黃磷或煙霧彈毒殺殘敵。
日軍守備隊中有10％想投降的人被處死，6％的人絕望自殺，被俘活命的隻有5％，其餘的全部戰死。3月7日，完全陷入包圍圈的日軍混成第2旅1500餘人，攜帶手槍、輕機槍、步槍，從深洞中衝出來，口喊“萬歲”、“萬歲”，對占絕對優勢的美軍進行自殺式衝擊，結果全部斃命。
3月9日夜，千田旅團殘餘日軍1600餘人也在一片“萬歲”的嚎叫聲中衝向地麵，無一幸存。
最後一次有組織的反攻是在3月27日。這天清晨，40名日軍大刀隊員在前麵打頭陣，300餘名海軍、陸軍聯合部隊尾隨其後，奇襲美軍帳篷營地，雙方展開肉搏戰。美軍是在睡夢中驚醒倉促迎戰的，日軍則是在精神、肉體遭受重創後，萬死中求一生。戰鬥結束後清點：美軍戰死44人，88人負傷，工兵第5大隊9人戰死、31人受傷；日軍262人死亡。
絕望中，日軍栗林司令官在戰壕洞口剖腹自，未遂，由中根參謀用軍刀把他砍死，然後，中根自己也開槍自殺。
硫磺島攻防戰曆時38天，日軍死亡2.2萬名，被俘1000餘名；美軍陣亡5500名，負傷1.9萬多名。在一個不到30平方公裏的小島上，死傷這麼多人，可見戰爭的殘酷激烈。
在這次戰鬥中，日軍神風特攻隊40架飛機和15架重轟炸機攻擊美機動部隊，美護航航空母艦俾士麥海號被擊沉，巨型航空母艦“薩拉托加號”重傷，還有戰列艦1艘、巡洋艦2艘、驅逐艦9艘輕度損壞。
海軍陸戰隊隊員帶著寶貴的國旗到達火山口邊緣許多參加過此次戰役的美軍士兵都說那是“地獄裏的戰爭”。整個戰役隻能用“血腥”來形容，雙方都艱苦到極點。美軍是以其先進的軍事裝備（尤其是火焰噴射器）才完全結束這場戰鬥。
美軍的這次勝利可以說為攻擊日本本土敲開了最後一個門戶，自此日本人開始時時麵臨著被轟炸的危險。