1944年4月17日，美国陆军航空兵（即美国空军的前身）司令阿诺德上将向美参谋长联席会议提出攻占硫磺岛的建议，美国参谋长联席会议随即同意，责成太平洋战区负责此项作战，太平洋战区总司令兼太平洋舰队总司令尼米兹上将为总指挥，其指挥部从珍珠港移至关岛。1944年10月初，太平洋舰队司令部的参谋人员制定了进攻硫磺岛的计划，参加作战的地面部队为第5两栖军，下辖海军陆战队第3、4、5师，共约6万人，由霍兰·史密斯中将指挥；登陆编队和支援编队，由凯利·特纳中将指挥；米切尔中将指挥的第58特混编队负责海空掩护；所有参战登陆舰艇约500艘、军舰约400艘、飞机约2；000架，由第5舰队司令斯普鲁恩斯上将统一指挥。由于参战部队中部分正在支援对吕宋岛的登陆作战，硫磺岛战役只得等吕宋岛战役结束后的1945年1月才能开始。又因为吕宋岛战役进展缓慢，结束的日期从原计划的1944年12月20日推迟到了1945年1月9日，尼米兹于是将硫磺岛的作战推迟到1945年2月中旬。
1945年2月2日，尼米兹将军自关岛总部飞抵乌里锡，登上第5舰队旗舰“印第安纳波利斯”号，与斯普鲁恩斯将军商讨即将开始的硫磺岛战斗。由米彻尔中将指挥的快速航空母舰部队再次以“第58特混舰队”为番号，集结在环礁湖内。舰船正在进行补给，有几艘在小修。水兵和飞行员们在旷日持久的菲律宾战役中搞得精疲力竭，正在享受仅有的几天休息——游泳和上岸打垒球，或者喝啤酒和到处闲逛。
斯普鲁恩斯最初建议攻占琉磺岛时，他和尼米兹认为，打起来将不会有什么特殊困难。他们对情况又作了更多了解。空中摄影侦察表明，这个由熔岩和火山烬形成的荒岛，可能会构成不同寻常的防御。霍兰·史密斯将军在研究空中摄影照片后，宣称“此处是我们必须攻占且最难攻占的地方”，并忧心忡忡地预计美军要伤亡2万人。
在这之前一星期，陆军少将柯蒂斯·李梅曾到“印第安那波利斯”号与斯普鲁恩斯商谈陆军航空兵如何支援进攻硫磺岛的问题。斯普鲁恩斯首先向李梅提出一个使他伤脑筋的问题：美国占领硫磺岛究竟有多大的价值？李梅立即回答，价值非常大——可作为飞机的前进机场；可供B－29型轰炸机遇难时紧急着陆；可用作飞机在海上营救的基地和战斗机护航的基地。他说：“没有硫磺岛，我就无法有效地轰炸日本。”
斯普鲁恩斯说：“这使我如释重负。李梅的算法使我消除了疑虑。”
斯普鲁恩斯建议用第58特混舰队的飞机使东京地区航空基地网陷于瘫痪，以保护硫磺岛外的美国舰只不受日机空袭。这是1942年4月杜利特尔的“东京上空10分钟”行动以来，第一次用航空母舰袭击日本。斯普鲁恩斯计划用两天多的时间来完成这次袭击。快速航空母舰在乌里锡完成补给，2月16日驶到日本外海。这样，海军当天就可有把握地对该岛进行舰炮射出。
尼米兹同斯普鲁斯商讨之后飞抵*，亲自看看这支刚由夏威夷群岛调来进攻硫磺岛的部队进行最后一次登陆演练。陆战队有三个师执行这次作战任务：第4师、第5师担负进攻，第3师在海上作后备。三个师组成两栖作战部队第5军团，由美国海军陆战队哈里·施密特少将指挥。
霍兰·史密斯随尼米兹到*，但目的不太明确。虽然他的新任职务为舰队陆战司令，职位高于施密特，也高于指挥进攻冲绳岛的两栖作战部队第3军团司令官罗伊·盖格少将，但是上面希望他并且显然已命令他不得干预第3军团的行动。这对史密斯来说是一种难受的限制，因为他是一个“一心想打仗的人”。
事实上，就是热情支持史密斯的绝大多数人也不得不承认，攻占*时他没有作出最好的判断。他不应把一向行动迟缓的陆军第27师部署在为了保护两个快速运动的陆战师的翼侧，而必须部署在不断向前推进的位置。他也不应把掉队的第27师同陆战队一起，放在海岸嶙岩密布的山脊之上。这样的错误判断，给批评史密斯的人提供了材料。
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日本人做了精心准备
硫磺岛，位于小笠原群岛南部，是该群岛的第二大岛。北距东京1；200余公里（650海里），南距*1；100余公里（630海里），东南距马里亚纳群岛500余公里（290海里）。岛长约8；000米、宽约4；000米，形状酷似火腿，面积约20平方公里。岛的南部有一座尚未完全冷却的死火山，叫折钵山，海拔160米，终年喷着雾气，硫磺味弥漫全岛，“硫磺岛”由此得名。折钵山以北有一片比较宽阔平整的高地，称为中部高地，再往北，地形逐渐起伏，并有数座山峰，被称为元山地区，岛上大部分地区都覆盖着厚厚的火山灰。虽然硫磺岛岛小人少，但正在东京与赛班岛之间，战略地位非常重要，被日本视为“天皇之门”。
在1944年前，日本其实并不重视硫磺岛，仅仅把硫磺岛作为太平洋中部与南部的航空中继基地，只部署了海军守备部队1；500余人和120架飞机。但是美军在太平洋地区节节进逼，特别是1944年马里亚纳群岛失守后，日本开始警觉到固守外围防线的必要性，于是开始加强硫磺岛屿防务，而硫磺岛的防御权也立刻从海军移交给陆军第31军。日本在1944年3月派出4；000名陆军部队增援硫磺岛，并且任5月着手将原来驻守在硫磺岛上的陆、海军部队整编成小笠原兵团即第109师团，由粟林中道中将任师团长。粟林中道中将是一名职业军人，曾担任过天皇警卫部队的指挥官。7月。海军第27航空战队也被调至岛上。日军在岛上配备了120毫米和155毫米岸炮、100毫米高射炮和双联装25毫米高射炮。截至1945年2月，日军在岛上的兵力有陆军约万余人，海军约7；000余人，共约万人，飞机30余架。日军在岛上的中部高地和元山地区各建有一个机场，分别叫做千岛机场和元山机场，也称为一号机场和二号机场，并准备在二号机场以北建造第三个机场。
由于日军的海、空军主力在菲律宾战役中遭到了毁灭性的打击，已无力为硫磺岛提供海空支援，日军在硫磺岛的抗登陆作战要在几乎没有海空支援的情况下进行。粟林中道清楚，面对美军绝对的海空优势，滩头作战难以奏效，于是他主张凭借折钵山和元山山地的有利地形，依托坚固的工事，实施纵深防御。但海军守备部队仍坚持歼敌于滩头，粟林最后做出了让步，计划以纵深防御为主，滩头防御为辅，海军守备部队沿海滩构筑永备发射点和坚固支撑点，进行防御；陆军主力则集中在折钵山和元山地区，实施纵深防御。
粟林决心将硫磺岛建成坚固的要塞，以折钵山为核心阵地，以两个机场为主要防御地带，在适宜登陆的东西海滩则是以永备发射点和坚固支撑点为骨干的防御阵地，岛上的工事深入地下，结合了天然地形和人工构筑，并以坚硬的天然花岗岩为屏障，不仅可以抵抗大口径炮弹和炸弹，而且开火位置都经过精心选择，可以交叉掩护，没有死角。各阵地之间都有交通壕联络，可以避免遭到孤立。除此之外，各阵地与伏地堡都有反射口，即使美军穿过防线也会遭到射击。以折钵山阵地为例，整个内部几乎完全挖空，筑有的坑道有9层之多，除了射击阵地之外，还有居住区、野战医院、储蓄室，可以保证守备部队在完全孤立的状况下作战，堪称硫磺岛版的马其诺防线。此外，针对美军的作战特点，日军在海滩纵深埋设了大量地雷和反舟艇障碍，机枪、迫击炮、反坦克炮还构成严密火力网，所有武器的配置与射击目标都进行过精确计算，既能隐蔽自己，又能最大限度杀伤敌军。唯一不足的是，原计划元山地区修筑的坑道工事有28公里长，由于时间不够，当美军发动进攻时只完成了70％，约18公里，而且折钵山与元山之间也没有坑道连接。
另外，粟林很清楚必须孤军作战，于是将目标定位在能够尽量拖住美军并造成美军的最大伤亡。为此，粟林一改日军在战争初期的死拼战术，规定了近距射击、分兵机动防御、诱伏等战术，要求各级部队指挥官必须加强射击纪律，不在射程内决不轻易开火。也禁止所谓的“万岁突击”，要求每一位官兵在阵亡前必须杀死至少10名美军，而不是轻易发动自杀攻击。粟林这一系列苦心经营，后来确实给美军的进攻造成了巨大的困难，使硫磺岛之战成为太平洋上最残酷、最艰巨的登陆战役。
美军空袭收效甚微
从1944年8月10日起，驻扎在*的美军航空兵就开始对小笠原群岛进行空袭，重点是硫磺岛的机场和为硫磺岛进行物资补给的中转地的港口设施。8月～10月，美军共进行过48次轰炸，投弹约4；000吨，但收效甚微。
11月24日，*的美军首次出动B－29轰炸机对日本本土实施轰炸，引起了日军极大的恐慌，他们随即做出反应。11月27日，硫磺岛日军出动了2架飞机空袭*美军B－29轰炸机航空基地，击毁1架B－29，击伤11架。随后的日子里，硫磺岛日军又多次组织对*美军航空基地的空袭，至1945年1月2日，已累计击毁6架B－29轰炸机，严重威胁着美军B－29航空基地的安全。为压制硫磺岛日军飞机的袭扰，美军于1944年12月8日组织了一次海空协同突击，出动飞机192架次，其中B－29重型轰炸机62架次、B－24中型轰炸机102架次、重巡洋舰3艘、驱逐舰7艘，共投掷炸弹814吨，发射203毫米炮弹1；500发、127毫米炮弹5；334发，却并未彻底摧毁硫磺岛机场，仅仅起了短暂的压制作用。之后，美军在12月间又组织了4次类似的海空联合突击。从12月9日起，只要天气允许，黑尔少将指挥的第七航空队B－24轰炸机几乎每天都对硫磺岛进行轰炸，*的B－29轰炸机也不时加入对硫磺岛的轰炸。至1945年2月初，美军共出动舰载机1；269架次、岸基航空兵1；479架次、军舰64艘次，总共投掷炸弹6；800余吨，发射大口径舰炮2万余发，其中406毫米炮弹203发、203毫米炮弹6；472发、127毫米炮弹15；251发。由于日军的防御工事异常坚固，美军如此猛烈密集的火力轰击收效不明显，对岛上2个机场也没能予以彻底摧毁，而且日军总能在空袭后迅速修复遭到破坏的设施。经过这种疯狂的轰炸，日军初步领略到了美军的厉害，更加倾注全力修筑以坑道为主的防御工事。
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粟林孤注一掷
硫磺岛守岛日军由步兵第109师、第2独立混成旅、步兵第145团担任该岛的主要防御。另外还有海军陆战队约7；000人，飞机20余架。具体部署是：南部以折钵山为核心构成南部之主阵地，即折钵山地区，由1个步兵营和1个陆战大队等驻守。中部以127高地、120高地、千岛（1号）和元山两个（2、3号）飞机场构成硫磺岛的主要防御地带，以永备发射点和支撑点为骨干，构成东、西海岸防御阵地。该防御地带以千岛、元山机场为中线，区分为南部和西部两地区，分由1个步兵营、1个坦克连、1个陆战大队等驻守。北部为日军的第二防御地带，以元山和北飞机场为中线，区分为东部和北部两地区，分别由1个步兵营、1个坦克连、1个陆战团和1个步兵营、1个坦克连、1个陆战大队等驻守。预备队部署在元山及附近地区。整个硫磺岛有迫击炮以上火炮170余门，坦克23辆，高射炮和25毫米高射机关炮170余门。
硫磺岛的守备队司令长官——中将粟林中道比大多数日本军官更了解美国人以及他们的行为方式。20世纪20年代末时，作为一名上尉，他曾在德克萨斯州的布利斯炮台接受装甲兵训练。后来，作为日本驻加拿大使馆的军事随员，他经常出访美国。这些旅行使他极为敬重美国人孜孜以求的精神和活力，并使他深信“美国是日本在这个世界上最不应该与之作战的国家”。这一信念他只向他的妻子透露过，那是在1931年他写给妻子的一封信中表露出来的。
整个1944年的夏天，硫磺岛上都在进行着军队集结工作。共2；700人的第145步兵团是粟林的最好部队，其中大多数人来自日本本土九州岛的鹿儿岛市，那里传统上就是出色的战士的来源地。帝国总指挥部派来了陆军第109师，但该师最大的单位——有5；000人的第2混和旅——训练不足，而且其中许多的军官都超龄了。7；600人的第26坦克团，在满洲里锻炼过，经验丰富，是一个比较受欢迎的部队。对日本人来说不幸的是，运输28辆该团坦克的那艘船被美军的“军曹鱼”潜水艇击沉了。但男爵西竹一，也就是第26团的指挥官，仅仅是暂时的感到窘迫，因为另外22辆坦克及时到达了。西是个勇敢且精力充沛的人物，在美国以日本最好的骑兵而闻名，并受到美国人钦佩。他曾经在1932年的洛杉矶奥运会上赢得了马术金牌。他仍然随身带着他那匹著名坐骑“天王星”的一缕鬃毛。另一位卓越的军官是海军少将市丸俊之助。他曾是一名海军飞行员。在和平时期的一次试机实验的飞行坠毁事故中不幸变跛了。他来此负责统率7；000人的硫磺岛的海军航空兵和海军地面部队。
粟林自己花了许多时间写信给他在东京的家人。他不指望能活过即将开始的战争，他的信中充满了丈夫般的建议和父亲般的规劝。他斥责他的女儿阳子糟糕的语法和拼写，他写道，“在门本，如果你在文法上犯错误，其他人就不会尊重你”。他对已20岁的太郎的不成熟感到恼火。“意志力是成人的人格中最核心的部分，”他写道，“可你到目前为止还没形成自己的意志。就你目前的状态你不能胜任来管理我的家庭事务。”粟林的妻子良江，在诸如该穿什么衣服以抵御东京严寒的气候，及如何把家中的贵重物品妥善保管等方面，都从他的建议中得益不少。
在写给妻子的信中，粟林偶尔提到他自己的情况。“我瘦了很多。”他写道，“某种程度上，我看起来就像那个伟大的印度人甘地。每日吃的主要是干菜，以致我经常感到胃里酸酸的。我们出汗很多，然而不幸的是，这儿没有可以用的清水。这儿有如此之多的苍蝇和蚊子，以致有时我们不能张开嘴巴或睁开眼睛。”
中将坦言他认为自己注定在劫难逃。“对我来说，哪儿将是我的坟墓根本不是什么大不了的事，”他在给妻子良江的信中写道，“如果真有灵魂这东西，那么，我的灵魂将永远与你和我们的孩子同在。”
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美军集结完毕
2月10日，斯普鲁恩斯以“印第安纳波利斯”号重巡洋舰为旗舰，第58特混编队司令米切尔以“邦克山”号航母为旗舰，一起率领由16艘航母、8艘战列舰、15艘巡洋舰、77艘驱逐舰组成的航母编队驶离乌利西，经马里亚纳群岛和小笠原群岛以东，直奔日本本土。这是美军自1942年4月杜利特尔空袭东京以来航母编队第一次袭击日本本土。斯普鲁恩斯计划16日抵达日本外海，用16日、17日两天时间对日本本士关东地区的机场进行压制性的空袭，然后再南下参加硫磺岛作战。因为特别担心日军神风特攻队的攻击，所以每艘航母上只有30架轰炸机和鱼雷机，其余全部搭载战斗机。为了尽量减少被日军发现的可能，美军出动多艘潜艇在编队航道前方担任侦察搜索，而*的岸基航空兵则以B－24轰炸机和B－29轰炸机对编队经过的海域上空进行巡逻警戒。编队�