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美军指挥官渐渐反应过来，看样子鬼子是摸清了套路。每军极度依赖火力，每次进攻时都要用飞机、大炮先轰一轮，所以日军知道炮火覆盖结束前，美军步兵不会发动进攻，所以日军总是先躲进坑道，等炮声结束了再进入阵地营迎接美军步兵的进攻。吃了几次亏后，美军改变战术。
3月7日拂晓，美军没进行任何炮火准备，陆战三师就借助黎明前的黑夜悄然接近日军阵地，突然发起冲击。日军当时正在睡觉，被打了个措手不及。一通厮杀下来，美军成功占领了山头。
3月8日晚，穷途末路的日军第二混成旅团违背命令，向美军发动“万岁冲锋”。美军早有准备，猛烈还击，打死800多人。
3月9日，美军将元山地区的日军防线一分为二，栗林中道大呼不妙，决定组织部队反击。但日军在进行夜间渗透时被美军发现，栗林中道偷鸡不成，反蚀把米，又葬送1000多人。
3月10日，美军将日军防线截为两段后，随即开始向两面扩张战果，尽管日军此时已经没有翻盘的可能，可抵抗依旧猛烈。陆战五师在与由栗林中道直接指挥的部队战斗时，伤亡超过75%，战斗部队基本报废，最后连师部的文书、炊事员也都投入了战斗。
陆战三师和陆战四师的伤亡也很严重。硫磺岛战役已经变成了绞肉机。为了减少伤亡，陆战四师师长克利夫顿凯兹少将向栗林中道发出劝降信，但这封劝降信如石沉大海，没有回音。
3月16日，美军在苦战26天后宣布占领硫磺岛。同一天，栗林中道向东京大本营发出诀别电，然后命令岛上的残余日军于17日晚上发动总攻击。不过由于种种原因，攻击推迟到了3月26日。
3月26日凌晨，弹尽粮绝的栗林中道亲率还能动的350名日军向美军发起最后反击。美军没有防备，100多人在睡梦中被杀。天亮后，美军组织扫荡，将这股日军歼灭此战过后，栗林中道人间蒸发。有人说他剖腹自杀了，也有人说他身负重伤，被身边的一名参谋就地掩埋。
3月26日上午9时，美军认为残存的日军地下部队已经不会构成威胁，便宣布硫磺岛战役胜利结束。
随后，海军陆战队撤出该岛，将防务交由国民警卫队驻守。硫磺岛战役，美军6821人阵亡，人负伤，日军人阵亡，1083人投降。这是美军在太平洋战场发动反攻以来，伤亡人数首次高于日军的战役。美军拿下硫磺岛后，轰炸东京再无障碍，那个让整个日本都闻之色变的烧烤大师即将登场。