在防御部署方面，以折钵山为核心构成南部阵地，由于完全在舰炮的打击范围之内，因此仅仅作为牵制用。而以中部的大阪山、天山、两个飞机场及元山地区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、西滩岸防御阵地。有些主要工事和大型坑道掩蔽部以及天然岩洞都有网状地下坑道相连接，通信照明设施齐备。各阵地间火力能互相支援，炮火可以控制全岛及滩头。
最猛烈的直接火力准备
早在1944年10月7日，美军已经计划攻占硫磺岛，为此，美军集中了两栖第5军的第3、4、5海军陆战师，登陆部队为70647人，火炮168门、坦克150辆，进行运载的两栖作战舰艇达到485艘。进行支援的有17艘航空母舰、15艘战列舰、8艘重巡洋舰、11艘轻巡洋舰、92艘驱逐舰、32艘潜艇、11艘护航航空母舰等，参战舰艇高达800余艘，占当时美军舰艇总量的69%。飞机则有2000余架，总兵力约11万1308人，如果将间接支援的高速特混舰队算入的话，全部兵力则要达到22万以上。指挥这场战役的最高司令官为第五舰队司令官斯普鲁恩斯海军上将，两栖部队的总指挥官为联合远征军司令特纳中将，登陆部队则由霍兰•史密斯中将指挥。
这次作战的开展时间正好处于吕宋与冲绳登陆之间，因此，即便是当时工业实力超群的美国也感到了巨大的压力，各种准备工作无法做到尽善尽美，登陆部队中的坦克以及火炮等支援部队也无法完全满足前线的需要，史密斯中将要求的十天舰炮支援最终也只能减为3天。
在作战开始以前，美军首先对硫磺岛进行了长达74天的连续轰炸，到了1945年2月16日，登陆舰队到达硫磺岛海域，开始对全岛滩岸和纵深防御阵地进行3天的舰炮火力准备。同时掩护扫雷舰进行外围扫雷；水下爆破队对海滩进行侦察和设置灯标。19日，舰队对硫磺岛发射炮弹3855万余发，据称这是第二次世界大战中最猛烈的一次直接火力准备。随后，美国海军陆战第4与第5师最初5个登陆部队由履带登陆车载运上陆。9时45分，一共 8 个营的突击梯队按原定计划顺利上陆，在这个过程中，岛上没有射来一发子弹。
到了上午10时40分，正当美军的第三波登陆部队完成上陆后不久，隐蔽在半地下的日军炮兵阵地忽然一齐开火了。100毫米加农炮和120毫米榴弹炮连续不断地射来炮弹；47毫米速射炮则将一辆辆两栖作战车辆打得烈火熊熊；天上不时还有一发发巨大的有翼火箭弹拖着白烟飞来，并伴随着奇特的声响在滩头阵地纷纷爆炸，美国海军陆战队最险恶的战斗打响了。
