硫磺岛上的美军每前进一步，都要付出巨大的代价，战斗已经成为不折不扣的消耗，有时一整天只前进4米，惨重的伤亡甚至使军官们都没有勇气再将士兵投入战斗。在对岛上第二制高点382高地的争夺中，陆战4师屡屡陷入日军交叉火网，伤亡极其惨重，382高地因此被称为“绞肉机”，战斗部队的伤亡高达50%以上，有经验的连、排长和军士长伤亡殆尽，许多连队连长由少尉或上士担任，而排、班长大都由普通士兵担任。美军必须逐一消灭侧翼的日军阵地，解除侧翼威胁，才有可能向前推进，战斗异常残酷、激烈。直到3月2日，24团才攻上了高地，但所付出的伤亡是巨大的，有好几个连几乎全连覆没。
左翼的5师攻击362高地的遭遇与4师在382高地如出一辙：刚攻上山头，侧翼日军立即以密集火力封锁美军的退路，再以纵深火力和凶猛的反击将攻上高地的美军尽数消灭，美军死伤枕藉，却毫无收获，只得先消灭最突出部的日军阵地，再步步为营艰难向前推进。日军早已掌握了美军的攻击程序，先是航空火力准备，再是舰炮火力轰击，接着是地面炮火射击，最后才是步兵冲击，所以日军总在坑道里躲过美军的炮火，再进入阵地迎击步兵的进攻，一次又一次粉碎了美军的攻势。美军饱尝失利的苦果，终于痛定思痛，改变战术。3月7日拂晓，美军没进行任何炮火准备，借助黎明前的黑夜，悄然接近日军阵地，突然发起冲击，打了日军一个措手不及，一举攻占了362高地。
3月7日，美军发动总攻，担负中央突破的陆战3师势如破竹，进展神速，遇到难以克服的日军阵地就设法绕过去，继续向前推进，尽管给后续的陆战4师、5师留下不少“钉子”，但3师突破了日军的防线，并于两天后攻到西海岸，占据了一段约800米长的海岸，将日军分割为两部分。
3月9日，美军占领了尚未完工的三号机场。粟林得知美军突破防线、将日军一分为二，立即组织部队进行反击。他深知美军火力强，正面进攻难以奏效，所以进行的是夜间渗透反击。美军发现日军的行动，发射的照明弹将黑夜照得如同白昼，许多日军越过了美军的前沿防线，有的甚至渗透距离达1600米，但美军预备队和后方勤务人员，依托工事顽强抗击，给予反击日军重大杀伤。天亮时，日军的反击被彻底粉碎，伤亡至少1000人，徒劳无功，反而损失了大量有生力量。
3月10日，陆战3师将日军防线截为两段后，随即开始向两面扩张战果，分别策应陆战4师、5师的攻击。尽管日军的防御态势已经相当不利，但日军仍依托工事死战不退。5师的伤亡超过75%，许多战斗部队失去了战斗力，师部的文书、司机甚至炊事员等勤杂人员都投入了战斗。3师、4师的伤亡也很严重。
鉴于这种情况，陆战4师师长克利夫顿·凯兹少将向粟林和硫磺岛日军中战斗力最强的第145联队队长池田大佐发出劝降信，信中首先向他们无畏精神和英勇作战表示了尊敬，接着说明了目前无法取胜的处境，最后要求他们指挥所属部队停止抵抗，美军将保证投降日军根据《日内瓦公约》受到人道待遇。但劝降信没有回音。
3月16日，东北部的800余日军被歼灭，美军于当日18时宣布占领硫磺岛，但战斗仍在继续，粟林指挥残部依然在抵抗，有时战斗还相当激烈。陆战3师师长厄金斯少将找到两名日军战俘，给了他们很多干粮，还配备了一部最新式的报话机，然后让他们给粟林和池田带去劝降信。这两名战俘将劝降信设法交给了池田大佐的传令兵，但到了规定的时间期限，日军仍未投降。这两名战俘为美军的人道主义待遇所感动，竟留在日军防线里，通过报话机为美军炮火指引目标，一直到18日才返回美军战线。
3月21日，日本天皇晋升粟林为大将军衔，以表彰他的英勇作战。
24日，残余的日军被压缩在岛北部约2100平方米的狭小范围里。粟林于当晚焚毁了军旗，发出了最后的诀别电报，然后销毁密码，准备实施最后的决死反击。
3月25日，粟林派人设法通知岛上每一个人，于夜间携带武器在三号机场附近的山区集合。3月26日凌晨，粟林亲自率领约350名日军向二号机场的美军发起了最后反击，许多美军在睡梦中被杀。天亮后，美军组织扫荡，四处追杀这股残余日军，激战三小时，将这股日军大部歼灭，日军遗留在美军阵地前的尸体有250具，粟林负伤后切腹自杀。美军伤亡172人。美军于当天8时宣布硫磺岛战役结束，但清剿残余日军的战斗一直持续到4月底。
硫磺岛战役是美军攻占太平洋诸岛中流血最多的一场恶仗。陆战队员和水兵总共阵亡6821人，负伤1.9万人（各家的数字都不一致。美国约翰·托兰引用的数字是，美国海军陆战队死亡4554人，海军死亡363人）。航空母舰“萨拉托加”号受重伤，退出战斗，300多人伤亡。护航航空母舰“俾斯麦海”号被击沉，损失舰员350人。
日本守军2.3万人，除1083人被俘外，全部被击毙。
美军付出的代价很高，但硫磺岛的价值也的确很大：3月4日，第一架B—29“空中飞行堡垒”已在岛上紧急着陆。4月7日，108架P—51“野马式”战斗机飞离该岛，护送B—29于白天去轰炸东京。在美军占领后的3个月内，先后有850架B—29在硫磺岛紧急降落。从此，日本本土再无宁日。
美军下一个攻占目标就是冲绳岛。冲绳岛是琉球群岛的最大岛屿。琉球群岛又可分为三个群岛，从北到南依次是奄美群岛、冲绳群岛和先岛群岛，与台湾岛构成了一道新月形的岛链，成为日本本土在东海的天然屏障。冲绳群岛位置居中，距中国大陆、台湾和日本本土的距离分别是360、340、340海里。冲绳群岛由冲绳岛、庆良间列岛、伊江岛等岛屿组成，主岛冲绳岛南北长约108公里，东西最宽处约30公里，最窄处仅4公里，面积约1220平方公里。冲绳岛因其在日本本土防御中的重要的战略位置，被称为日本的“国门”，因此冲绳岛登陆战就被称做“破门之战”。
日军对冲绳的防御极其重视。自1944年7月马里亚纳群岛失守后，就开始重点加强冲绳岛的防守兵力和防御工事。
至1945年1月，日军在琉球群岛的守备兵力为第32军，共辖有4个师团和5个旅团，以冲绳岛为防御重点。牛岛满军长原计划以岛中部的两个机场为核心防御地带，先以海上和空中的特攻作战削弱来犯美军，再集中兵力将登陆之敌歼灭在水际滩头。美军进攻菲律宾后，最具战斗力的第9师团被调往台湾，引起了牛岛满极大不满，他随即以兵力不足为由，放弃了歼敌于滩头的计划，将防线从建有较完备工事的中部地区收缩到南部，依托筑垒地带实施持久防御。
为确保冲绳岛的防御，日军大本营于1945年3月制定了代号为“天号作战”的航空兵决战计划，集中了陆海军总计达2990架作战飞机，其中自杀性飞机1230架，分别部署在台湾、琉球和九州等地区，准备在美军登陆冲绳岛时对美军舰队和运输船只实施猛烈突击，配合岛上的第32军粉碎美军的登陆。
日本海军在冲绳岛及其附近岛屿部署有数百艘自杀性摩托艇和人操鱼雷，将对美军实施水面和水下的特攻作战。而联合舰队的残余军舰也将在适当时机出动，做最后的决死攻击。
当美军确定先不进攻台湾后，冲绳岛就成为美军进攻日本本土最理想的跳板。早在1944年10月，美国参谋长联席会议就向太平洋战区下达了攻占冲绳岛的指令。遵照这一指令，太平洋战区总司令尼米兹就立即开始组织有关人员筹划这一作战，参加此次作战计划制定工作的有第5舰队司令斯普鲁恩斯海军上将、太平洋战区两栖部队司令特纳海军中将、陆军第10集团军司令巴克纳中将、布兰迪海军少将、赖夫斯奈德海军少将和霍尔海军少将等。1945年1月3日，美军参谋长联席会议批准了冲绳岛作战计划，2月9日又批准了具体的登陆计划。
参战兵力几乎包括了太平洋战区所属的全部陆海军，负责为登陆编队提供海空掩护的有两支：一支是美军第5舰队的第58特混编队，由米切尔中将指挥；另一支是英国太平洋舰队，现属美军第5舰队建制，番号为第57特混编队，由英国海军中将罗林斯指挥。
登陆编队也称为联合远征军，由特纳中将指挥，登陆舰艇约500艘，护航及支援舰只有护航航母28艘、战列舰10艘、巡洋舰14艘、驱逐舰74艘、护卫舰76艘，舰载机约800架，连同后勤保障和运输船只，总共达1300余艘。
地面部队主力是第10集团军，由巴克纳陆军中将任司令，下辖海军陆战队第3军和陆军第24军。另有4个师为预备队，陆战2师为第10集团军预备队，陆军第27师为留船预备队，陆军第77师先担负攻占庆良间列岛和伊江岛作战，然后作为战役预备队，陆军第81师则是总预备队，在新喀里尼亚岛待命。共计10个师，18万人。
此次作战，美军投入总兵力达54.8万人，各种舰艇1500余艘，飞机2000余架，战役总指挥是第5舰队司令斯普鲁恩斯海军上将，战役代号“冰山”，意为如此庞大的参战兵力，仅仅是冰山露出水面的一角，犹如冰山水下部分的更大规模的部队将在登陆日本本土时出现。
登陆日期最后确定为1945年4月1日。美军认为冲绳岛距离日本本土较近，必定会遇到日军航空兵的全力反击，尤其是自杀性飞机的拼死撞击，尽管这些自杀性飞机并不足以改变战役的最后结局，但不可否认对于美军的威胁是巨大的。因此，美军计划在登陆之前，先以航空兵对日本本土、琉球群岛和台湾等地的日军航空基地进行大规模突击，以尽可能削弱其航空兵的力量。同时在登陆前一周，以陆军第77师在庆良间列岛登陆，建立前进基地，以便在战役中就近进行后勤补给和战损抢修。
为了给进攻冲绳扫清道路，3月18、19日，第58特混舰队对日本九州的飞机场和内海的舰船进行连续的大规模空袭。虽然美国重型航空母舰“富兰克林”号受重伤，800多名舰员丧生，损失飞机116架，但却重创日本军舰好几艘，击落和炸毁日本飞机211架，并使九州地区的各种设施和交通枢纽遭到严重破坏。
3月23日，第58特混舰队开始对冲绳进行登陆前的空袭。24日，美国第5舰队的几十艘战斗舰只开始炮轰冲绳。第二天，第77师等部队占领了冲绳西面24公里处的庆良间列岛，这是整个“冰山计划”的一部分。这些小岛兵力薄弱，日本人认为它们没有什么用处。但庆良间列岛对美军进攻冲绳起了很大的作用。这里可作水上飞机基地和后勤供应基地。3月27日，美军第一批供应船、油船、修理船、弹药船和其他辅助船只便开进庆良间锚地，开始为舰队服务。这样就在作战区域内建立起一个浮动的补给和修理基地，为第5舰队立下了汗马功劳。
在海空军对冲绳实施炮火准备期间，第5舰队的飞机出动3000架次进行轰炸，炮舰发射了5000吨炮弹。扫雷舰艇扫清了冲绳海岸四周4800平方公里的水域，使支援舰艇能安全靠近海岸，做近距离的轰击。水下破坏小组的蛙人也侦察了西海岸事先选好的登陆海滩，炸去大约2900根木桩，这是日军布下的预防登陆艇靠岸的障碍物。
4月1日，天气晴朗，美军的登陆终于开始了。来自旧金山、西雅图、夏威夷、新喀里多尼亚岛、圣埃斯皮里图岛、瓜达尔卡纳尔岛、塞班岛和莱特岛等地的美军登陆编队于拂晓时分到达冲绳岛海域，并开始换乘。4时许，特纳发出开始登陆的命令，美军炮火支援编队的军舰随即开始射击，掩护登陆部队抢滩上陆。
陆战2师首先在冲绳岛东南海岸登陆，实施佯攻以吸引、分散日军的兵力。8时，美军登陆的主攻部队从登陆舰上沿舷侧的绳网下到登陆艇上，登陆艇排成5个攻击波，以整齐的队形向岸上冲去，陆战1师、陆战6师和陆军第7师、第96师，在冲绳岛西海岸从北到南正面约9公里地段登陆。8时20分，美军飞机结束了最后一次扫射，舰炮也停止了射击，第一波登陆艇此时距海滩仅70米，海空协同完美无缺。8时32分，第一波登陆部队冲上岸。9时，太阳升起来了，阳光驱散了淡淡的晨雾，可以看到海面上履带登陆车和登陆艇排着整齐的队形，一波又一波，川流不息，秩序井然。整个登陆过程顺利得异乎寻常，日军根本没有任何抵抗，这使美军颇有些莫名其妙。
10时，美军占领嘉手纳和读谷两机场，美军原以为必定会有一番血战才能拿下这两机场，根本没料到能在登陆当天占领，而且机场设施都完好无损。日军部署在机场地区的是由冲绳岛壮丁组成的特种勤务旅，这支部队组织涣散，装备低劣，士气更差，美军还未到来，就已经溃不成军。
下午，美军突击进行物资卸载。海上，日军没有出动一架飞机、一艘军舰；冲绳岛上，日军也只有少数狙击兵的轻武器射击和迫击炮零星射击，抵抗极其轻微。
至日落时，美军已有5万余人和大量的火炮、坦克以及军需物资上岸，建立起正面约14公里，纵深约5公里的登陆场。美军对日军的神秘消失感到迷惑不解。巧得很，这天正是西方的愚人节，很多官兵甚至想难道这是日军的愚人节玩笑。
4月2日，美军一部开始向东推进，以切断日军防线。
4月4日，美军两个陆战师横跨整个岛屿到达东海岸的中城湾，占领岛中部地区，将日军防线一分为二。美军原计划15天完成的任务，仅4天就顺利实现。
