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。
硫磺岛，位于小笠原群岛南部，是该群岛的第二大岛，北距东京1200余公里（650海里），南距塞班岛1100余公里（630海里），东南距马里亚纳群岛500余公里（290海里）。岛长约8000米，宽约4000米，形状酷似火腿，面积约20平方公里，岛的南部有一座尚未完全冷却的死火山，叫折钵山，海拔160米，终年喷发着雾气，硫磺味弥漫全岛，故此得名。折钵山以北有一片比较宽阔平整的高地，称为中部高地，再往北，地形逐渐起伏，并有数座山峰，被称为元山地区，岛上大部分地区都覆盖着厚厚的火山灰。虽然硫磺岛岛小人少，但正处在东京与塞班岛之间，战略地位非常重要。
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，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，由粟林中道中将任师团长，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月海军第27航空战队也调至岛上。截止1945年2月，日军在岛上陆军约1.5万余，海军约7000余，共约2.3万人，飞机30余架，由粟林统一指挥。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。粟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。但海军守备部队仍坚持歼敌于滩头，最后粟林做出了折衷的方案，以纵深防御为主，滩头防御为辅，海军守备部队沿海滩构筑永备发射点和坚固支撑点，进行防御；陆军主力则集中在折钵山和元山地区，实施纵深防御。
