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很快美军已有8个步兵营和1个坦克营上岸，正竭力扩大登陆场。十一时，风向转为东南，风力逐渐加大，给美军的登陆带来了很不利的影响，这时各团的预备队营正在登陆，许多登陆艇被强劲的阵风吹得失去控制，甚至倾覆，再加上日军炮火的轰击，滩头上到处都是损坏的登陆艇，而后续的物资和人员仍在按计划源源不断上岸，整个海滩一片混乱。但这样混乱的场景因尘土飞扬，硝烟弥漫，海面上的军舰根本看不清楚，特纳向尼米兹报告登陆部队几乎没遇到抵抗，伤亡轻微。
十二时许，美军陆战四师二十三团才前进了450米，接着继续在火力支援下攻击前进，直到十四时，才攻到一号机场。而四师的另一个团二十五团则被日军在蓝二滩东北的一个小艇专用港边悬崖上的大量永备发射点所阻，伤亡严重，却毫无进展，为摧毁这些永备发射点，美军使用了一种新的引导舰炮射击法：先以登陆艇向目标发射曳光弹，巡洋舰再根据曳光弹的弹着射击，效果还算不错，但是日军在悬崖上的工事已经修通了交通巷道，所以兵力损失并不大，到黄昏时分，终于消除了这些火力点的威胁，但二十五团在登陆当天几乎没有进展。陆战五师情况梢好，二十八团已割裂折钵山与其他地区日军的联系，将其包围起来；二十七团在海滩上被困四十分钟之后，终于取得了突破，推进到了一号机场南端。
日落时，美军已有6个步兵团、6个炮兵营和2个坦克营共约三万人上岸，占领了宽约3600米，纵深从650米到1000米不等的登陆场，全天有566人阵亡，1858人负伤，伤亡总数约占登陆总人数的8%。就第一天的战况而言，还不算太糟糕，但随后的战斗将更加艰巨。
天黑后，美军害怕日军发动大规模夜袭，海面上的军舰几乎不间断地向岛上发射照明弹，将黑夜照得如同白昼，出乎意外的是，日军通常会在登陆的当天夜间发动的夜袭根本没有，除了一些小股日军的袭扰外，太平无事。这是因为栗林深知自己的实力，坚决不采取自杀性的冲锋。度过了第一个平安的夜晚后，迎接美军的将是更为残酷的战斗。
太初二十四年2月20日，从凌晨开始，美军舰炮就根据登陆部队的要求进行火力准备。八时三十分，美军登陆部队发起了进攻，陆战四师在舰炮和坦克支援下，攻占了一号机场，并切断了岛南日军与元山之间的联系。机场刚刚被攻占，工兵就开始全力抢修，以便尽快能投入使用。陆战五师向折钵山攻击，由于日军很多工事都建在舰炮火力无法射击到的岩洞中，在坦克到来前，二十八团几乎无法前进，最后在坦克掩护下，以手*榴弹、炸药包、火焰喷射器逐一消灭岩洞中的日军，有时甚至出动推土机将洞口封闭，因此进展极为缓慢，直到黄昏，才总共前进了180米。而且日军的几次爆破和自杀式反冲击让美军也措手不及，损失了部分兵力。
太初二十四年2月21日，岛上的激战仍在继续，进展十分有限。海滩勤务大队经过不懈的努力，解决了滩头的混乱局面，天气却愈加恶劣，海上风大浪高，严重影响了补给品的卸载。由于岛上的部队伤亡较大，作为预备队的陆战三师二十一团奉命上岛投入战斗。
太初二十四年2月22日，因大雨美军登陆部队被迫停止进攻，抓紧进行战地休整。由于三天来，美军在硫磺岛上阵亡、失踪人数已达1204人，负伤4108人。美国国内的新闻界甚至强烈要求“让陆战队喘口气——给日本人放毒气。”诚然，对付隐藏在坑道或岩洞中的日军，毒气既实用，又比火焰喷射器更为“仁慈”，尽管美、日两国都没有签署严禁使用毒气的《日内瓦公约》，但罗斯福总统和尼米兹都不愿违反公约，战后尼米兹承认，没有使用毒气完全是出于道义的考虑，结果使大量优秀的陆战队员付出了生命代价。
太初二十四年2月23日，美军陆战四师以二号机场为目标发起总攻，但在日军永备发射点、坑道、地堡和岩洞工事组成的防线前，推进极为缓慢，简直像蜗牛爬行。全天，只有右翼前进了约300米，左翼和中间几乎毫无进展。这天唯一的战果是在折钵山，美军因其不断喷发烟雾，称之为“热岩”，日军几乎将整座山掏空，修筑有数以千计形如蜂窝一样密集的火力点，尤其是山顶的观察哨，居高临下俯瞰整个东海岸，能准确指引、校正纵深炮火的射击，对于美军威胁极大。经四天血战，十时二十分，陆战五师二十八团由哈罗得.希勒中尉率领的40人组成的小分队，终于攻上了折钵山山顶，升起了一面美国国旗。尽管折钵山上，仍有近千日军凭借着坑道和岩洞工事在拼死抵抗。四小时后，希勒的士兵又插起了一面更大的星条旗，美联社记者乔.罗森塔尔将插旗时的情景拍摄下来，这张照片随即广为流传，成为胜利的象征。后来太平洋战区总部还专门查询插旗的陆战队员姓名和家庭地址，进行表彰。刚赶到硫磺岛视察的美国海军部长福雷斯特和第五两栖军军长史密斯注视着在折钵山山顶飘扬的国旗，非常激动，福雷斯特总结到：“折钵山升起的国旗意味着海军陆战队从此后五百年的荣誉！”海面上军舰上的水兵看到这面象征胜利的旗帜，欢声雷动！——特纳将陆战五师二十八团留在折钵山，负责肃清山上残余的日军，而五师的另两个团则调到北部，协同四师攻击元山地区的日军。
同日美军的航母编队在硫磺岛以东海域与海上勤务大队会合，接受海上补给，当晚再次向日本本土进发，以压制日寇可能对硫磺岛的支援。
太初二十四年2月24日，战斗更为激烈残酷，陆战三师二十一团在海空火力的大力支援下，由坦克开道，终于突破了日军在二号机场南侧的防线，推进730米，拔除了日军近800个碉堡，日军随即发动了一次逆袭，二十一团猝不及防，一度被迫后退，随后在舰炮支援下拼死反击，才将阵地巩固。很快美军就发现，随着逐渐升高的地形，日军构筑了密如蚁穴的地堡和纵横交错的坑道网，凭借着这些工事抵抗是越来越顽强。至当天，美军伤亡总数已达6000人，其中阵亡1600人，面对如此惨重的伤亡，美军将作为预备队的陆战三师师部和陆战第九团、野战炮兵第十二团送上岛，投入战斗。
太初二十四年2月25日，三个陆战师在硫磺岛并肩开始攻击，四师在右，三师居中，五师在左，并列向东北推进。同一天拂晓，美军的航母编队到达距东京东南190海里海域，出动舰载机对东京地区的日寇机场和飞机制造厂进行空袭，和第一次空袭一样，因为天气恶劣，轰炸效果并不理想，米切尔随后指挥航母编队转向西南，前去突击大岛。于太初二十四年3月1日对冲绳首府那霸进行了空袭，同时对大岛、庆良间列岛和奄美大岛等地进行了航空摄影，为即将开始的冲绳战役提供资料。航母编队最后于太初二十四年3月4日返回了乌利西。
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，陆战四师屡屡陷入日寇交叉火网，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，许多部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寇阵地，解除侧翼威胁，才有可能向前推进，所以战斗异常残酷、激烈，直到太初二十四年3月2日，二十四团才攻上了高地，但所付出的伤亡是巨大的，有好几个连的官兵非死即伤，几乎全连覆没。
左翼的五师，攻击362高地的遭遇与四师在382高地如出一辙：刚攻上山头，侧翼日寇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，美军死伤枕籍，却毫无收获，只得先消灭最突出部的日寇阵地，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，美军一次又一次的攻势都落空了。美军饱尝失利的滋味，终于痛定思痛，改变战术，太初二十四年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。
陆战队员的巨大牺牲并没有白费，太初二十四年3月3日，就有一架c-47运输机在硫磺岛的一号机场降落。次日一架在空袭日本本土时受伤的b-29在硫磺岛紧急降落，硫磺岛的战略价值已经开始得到了体现。硫磺岛虽然已经被美军基本控制，但是日军的反扑依然如跗骨之蛆，美国人的血还没有流尽，而美国人更想不到的是他们的灾难还在酝酿之中。