10:30分，美軍已有8個步兵營和1個坦克營上岸，正竭力擴大登陸場。
11:00時，風向轉爲東南，風力逐漸加大，給美軍的登陸帶來了很不利的影響，這時各團的預備隊營正在登陸，許多登陸艇被強勁的陣風吹得失去控制，甚至傾覆，再加上日軍炮火的轟擊，灘頭上到處都是損壞的登陸艇，而後續的物資和人員仍在按計劃源源不斷上岸，整個海灘一片混亂。
但這樣混亂的場景因塵土飛揚，硝煙瀰漫，海面上的軍艦根本看不清楚，特納向尼米茲報告登陸部隊幾乎沒遇到抵抗，傷亡輕微。
12:00時許，美軍陸戰4師23團才前進了450米，接着繼續在火力支援下攻擊前進，直到十四時，才攻到一號機場。
而陸戰4師的另一個團25團則被日軍在藍二灘東北的一個小艇專用港邊懸崖上的大量永備發射點所阻，傷亡嚴重，卻毫無進展，爲摧毀這些永備發射點，美軍使用了一種新的引導艦炮射擊法:先以登陸艇向目標發射曳光彈，巡洋艦再根據曳光彈的彈着射擊，效果極佳，到黃昏時分，終於消除了這些火力點的威脅，但25團在登陸當天幾乎沒有進展。
陸戰5師情況梢好，28團已割裂折鉢山日軍與其他地區日軍的聯繫，將其包圍起來;27團在海灘上被困四十分鐘之後，終於取得了突破，推進到了一號機場南端，其餘4萬人也開始登陸。
日落時，美軍已有6個步兵團、6個炮兵營和2個坦克營共約3萬人上岸，佔領了寬約3600米，縱深從650米到1000米不等的登陸場，全天有566人陣亡，1858人負傷，傷亡總數約佔登陸總人數的8%。
就第一天的戰況而言，還不算太糟糕，但隨後的戰鬥將更加艱鉅。天黑後，美軍害怕日軍發動大規模夜襲，海面上的軍艦幾乎不間斷地向島上發射照明彈，將黑夜照得如同白晝，出乎意外的是，日軍通常會在登陸的當天夜間發動的夜襲根本沒有，除了一些小股日軍的襲擾外，太平無事。
這是因爲慄林深知自己的實力，堅決不採取自殺性的衝鋒。度過了第一個平安的夜晚後，迎接美軍的將是更爲殘酷的戰鬥。
1945年2月20日，從凌晨開始，美軍艦炮就根據登陸部隊的要求進行火力準備。
8:30分，美軍登陸部隊發起了進攻，28團進攻折鉢山。其他三個團向元山方向進擊。陸戰4師在艦炮和坦克支援下，攻佔了一號機場，並切斷了島南日軍與元山之間的聯繫。機場剛剛被攻佔，工兵就開始全力搶修，以便儘快能投入使用。
陸戰5師向折鉢山攻擊，折鉢山獨立守備隊由日軍第312大隊和速射炮第10大隊組成，日軍防守頑強寸土必爭。由於日軍很多工事都建在艦炮火力無法射擊到的巖洞中，在坦克到來前，28團幾乎無法前進，最後在坦克掩護下，以手**、**包、*****逐一消滅巖洞中的日軍，有時甚至出動推土機將洞口封閉，因此進展極爲緩慢，直到黃昏，才總共前進了180米。折鉢山獨立守備隊隊長厚地兼彥大佐戰死。
1945年2月21日，島上的激戰仍在繼續，進展十分有限。海灘勤務大隊經過不懈的努力，解決了灘頭的混亂局面，天氣卻愈加惡劣，海上風大浪高，嚴重影響了補給品的卸載。由於島上的部隊傷亡較大，作爲預備隊的陸戰3師21團奉命登陸投入戰鬥。
日軍32架飛機從千葉縣香取基地起飛對美軍展開敢死攻擊。擊傷美軍航母薩拉託加號，擊沉護航航母俾斯麥海號。美軍當日死亡644人，傷4,108人，失蹤560人。1945年2月22日，因大雨美軍登陸部隊被迫停止進攻，抓緊進行戰地休整。
由於三天來，美軍在硫磺島上陣亡、失蹤人數已達1204人，負傷4108人，戰鬥減員嚴重，第3海軍陸戰師接替第4海軍陸戰師繼續進攻元山。
美軍用*****逐次消滅坑道中的日軍，無法燒到的情況用黃磷彈或者灌入汽油點燃燻烤。美國國內的新聞界甚至強烈要求“讓陸戰隊喘口氣--給日本人放毒氣。”
誠然，對付隱藏在坑道或巖洞中的日軍，毒氣既實用，又比*****更爲“仁慈”，儘管美、日兩國都沒有簽署嚴禁使用毒氣的《日內瓦公約》，但羅斯福總統和尼米茲都不願違反公約，戰後尼米茲承認，沒有使用毒氣完全是出於道義的考慮，結果使大量優秀的陸戰隊員付出了生命代價。
1945年2月23日，美軍陸戰4師以2號機場爲目標發起總攻，但在日軍永備發射點、坑道、地堡和巖洞工事組成的防線前，推進極爲緩慢，簡直像蝸牛爬行。全天，只有右翼前進了約300米，左翼和中間幾乎毫無進展。
這天唯一的戰果是在折鉢山，美軍因其不斷噴發煙霧，稱之爲"熱巖"，日軍幾乎將整座山掏空，修築有數以千計形如蜂窩一樣密集的火力點，尤其是山頂的觀察哨，居高臨下俯瞰整個東海岸，能準確指引、校正縱深炮火的射擊，對於美軍威脅極大。
10:20分，經過4天的血戰，陸戰5師28團由哈羅得.希勒中尉率領的44人組成的小分隊，終於攻上了折鉢山山頂，升起了一面美國國旗。儘管折鉢山裡，仍有近千日軍憑藉着坑道和巖洞工事在拼死抵抗。
喬·羅森塔爾知道此消息便大喊着衝上了折鉢山，可是國旗已經升上去了，此時島上戰事正酣這面星條旗大大的鼓舞了美軍的士氣。爲了讓更多的人看到山頂的旗幟，他們決定換一面更大的國旗。於是，指揮員命令779號坦克登陸艦緊急將一面更大的國旗送上岸。
四小時後，12:15分希勒的6名士兵又插起了一面更大的星條旗，美聯社記者喬·羅森塔爾(Joe Rosenthal)將插旗時的情景拍攝下來，這張照片隨即廣爲流傳，成了著名的《美軍士兵在硫磺島豎起國旗》，後來這幅照片成爲許多雕塑和繪畫作品的原型。
在華盛頓市外的阿靈頓縣依照這張照片做的雕塑成爲紀念美國海軍陸戰隊的紀念碑，成爲勝利的象徵。後來太平洋戰區總部還專門查詢插旗的陸戰隊員姓名和家庭地址，進行表彰。