为此，大本营计划让配备在日本东部的陆军教导航空军和海军的第3航空舰队担任硫黄岛的航空作战。还命令担任地面防御的小笠原兵团击溃来犯的美军，死守小笠原群岛，尽量拖长钳制敌军利用机场，以利于日军的航空作战。然而由于菲律宾方面的战败，丧失了空军的精锐兵力，在预计3、4月份进行的东中国海周围的作战之前，能否重建起来，还是个疑问；而日军航空基地的配置情况，对硫黄岛进行空战不利。

鉴于这些情况，大本营便决定放弃过去的积极作战计划，改为被动防御。

大本营的预料很准确，美军确实打算攻打硫磺岛，并将时间定在了2月中旬。

1945年2月16日，美军机动舰队以千余架次的飞机袭击关东地方；另一方面，从这—天凌晨起，开始对硫黄岛进行猛烈的舰炮射击，硫黄岛战役打响。

战斗很惨烈，从2月中旬一直打到了三月中旬，在长达一个月的战斗中，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。

日军在元山的正面由千田少将率领混成第2旅团防守，在对岛上第二制高点382高地的争夺中，美军陆战4师屡屡陷入日军的交叉火网，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军的阵地，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1945年3月2日，24团才攻上了高地，但所付出的伤亡是巨大的，有好几个连的官兵非死即伤，几乎全连覆没。

直到3月16日，硫磺岛东北部的800余日军被歼灭，美军才宣布占领硫磺岛。

但战斗仍在继续，粟林中将指挥残部依然在抵抗，24日美军才将残余的日军压缩在岛北部约2100平方米的狭小范围里。

1945年3月25日，硫磺岛指挥官栗林中将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。

26日凌晨，栗林忠道亲自率领约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，日军仅遗留在美军阵地前的尸体就有250具，栗林负伤后在岛上剖腹自杀，美军伤亡172人。

美军于当天9:00时宣布硫磺岛战役结束，但残余日军的战斗一直持续到4月底。

而日军在硫磺岛战役中阵亡22,703人，被俘1,083人，共计23,786人。此外还损失为飞机90余架，潜艇三艘。

此战，不仅使美军获得了轰炸日本本土的重要基地，还打开了直接攻击日本本土的通道，对此后美军的军事行动产生巨大的作用。

至此，美军的轰炸机在护航战斗机的保护下可以在中低空轰炸日本本土的城市，大大提高了攻击效率。

夺取硫磺岛之后，美军迅速组织了东京大轰炸，名古屋大空袭和大阪大空袭，对于逼迫日本投降产生了巨大的作用。

而在此情况下，日本高层已经无力再向海外的殖民地以及战场投送兵力了，所以山田乙三等人的请求注定是无果的。