由于参战部队中相当部分正在支援对吕宋岛的登陆作战，硫磺岛战役只得等吕宋岛战役结束后的1945年1月才能开始，又因为吕宋岛战役进展缓慢，结束的日期从计划的1944年12月20日推迟到了1945年1月9日，尼米兹再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。
