因为吕宋岛战役进展缓慢，尼米兹将硫磺岛的作战推迟到1945年2月中旬。1944年10月初，美国太平洋舰队司令部的参谋人员就将进攻硫磺岛的计划制定出来，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2000架，由第五舰队司令斯普鲁恩斯上将统一指挥。
在1944年前，日军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1500余人和飞机20架。1944年马里亚纳群岛失守后，硫磺岛的重要性日趋明显，日军才开始大力加强其防御力量，1944年3月下旬将4000余陆军部队送上岛;5月将硫磺岛的陆军部队整编为第109师团，由栗林忠道中将任师团长，并在岛上配备了120、155毫米岸炮、100毫米高射炮和双联装25毫米高射炮;7月日军把海军第27航空战队调至岛上，将所有非战斗人员撤出了硫磺岛，修建了地下工事，将主要火力集中到山脚，射程覆盖到滩头。
从父岛调来5,000人、从塞班撤回2,700人都集中到硫磺岛，到8月，已经达到12,700人。后来又来了1,233名海军工兵修建工事。
8月10日，2,216名海军到达。同时日军向硫磺岛调送武器，虽然许多运送船只被美军击沉，但到了1944年末，日军仍然成功运送了许多武器到硫磺岛上，包括361门75毫米(或更大)口径的火炮，12门320毫米口径的迫击炮，65门150毫米中型迫击炮和81毫米口径的轻型迫击炮，33门80毫米口径的海军炮(naval guns)，94门75毫米(或更大)口径的高射炮，69门37毫米和47毫米口径的反坦克炮，200挺20到25毫米口径的高射机枪，70门火箭炮，带着从90公斤射程为2-3公里到250公斤射程为7公里以上的***。
驻扎在朝鲜釜山的第26战车联队28辆坦克和600士兵向硫磺岛进发，虽然中途受到美国潜艇uss cobia(ss-245)的**袭击，仍然有22辆坦克到达，安置到战略要点，半埋在土中，以防止空袭。
虽然受到美国舰艇的拦截，日军仍然源源不断地向岛上运送，截止1945年2月，日军在岛上陆军约1.5万余人，海军约7000余人，共约2.3万人，飞机30余架，食品储备足够坚持两个半月，由栗林统一指挥。
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，也叫一号机场和二号机场，并在二号机场以北建造第三个机场。由于美军迅速攻占了马里亚纳群岛，原计划运往马里亚纳群岛的人员、装备和物资都被就近转用于硫磺岛，尽管美军组织飞机、潜艇全力出击，企图切断硫磺岛的增援和补给，但日军以父岛为中转站，采取小艇驳运的方式，因此美军的封锁效果并不理想。
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，硫磺岛的抗登陆作战是要在几乎没有海空支援的情况下进行。栗林是出色的职业军人，曾担任过天皇警卫部队的指挥官，他意识到面对美军绝对海空优势，滩头作战难以奏效，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。