2月16日，美军航母编队出动舰载机1000余架次，分成数个攻击波对东京湾各机场进行攻击，由于天空中阴云低垂，攻击效果并不理想。
2月17日，美军又出动两个攻击波舰载机500余架次，对关东地区的机场、飞机制造厂、锚泊船舶等目标进行了轰炸。两天里，美军在空战中击落日机332架，在地面上击毁日机177架，给一些机场、飞机制造厂造成了一定破坏，这次空袭的效果不是很大，但却极大吸引了日军注意力。当天下午，美军航母编队离开日本外海南下，参加硫磺岛作战。
2月14日，威廉•布兰迪海军少将率领由6艘战列舰、12艘护航航母、5艘巡洋舰、16艘驱逐舰组成的火力支援编队离开塞班岛前往硫磺岛。
2月15日，美海军部长福雷斯特尔在尼米兹陪同下到达塞班岛，听取有关硫磺岛战役的汇报，并视察战役准备。大病初愈的登陆编队司令特纳，人称“短吻鳄”，汇报原计划对硫磺岛进行十天的炮火准备，因为军舰无法携带十天炮击的弹药，只能进行三天的炮击，但特纳表示对面积仅二十平方公里的小岛进行三天的炮击已经足够，炮火未能摧毁的防御将由登陆部队来完成。
2月16日清晨，布兰迪的火力支援编队到达硫磺岛海域，开始实施预先火力准备。所有战列舰、巡洋舰都被划分了地段，对已查明的目标逐一摧毁。为确保炮击的准确，有几艘战列舰甚至在距岸边仅3000米处对目标进行直接瞄准射击。但由于天气不佳，岛上又是硝烟弥漫，预定的750个目标只摧毁了17个，炮击效果很不尽人意。日军只以部分中小口径火炮进行反击，击伤战列舰、巡洋舰各一艘，大口径火炮出于隐蔽考虑，一炮未发。
2月17日，美军水下爆破队在12艘登陆炮艇的掩护下探测海滩礁脉的航道，并清除水下的水雷和障碍物，粟林以为美军登陆在即，下令大口径火炮开火，将12艘登陆炮艇击沉9艘，击伤3艘，艇员阵亡、失踪44人，伤152人。美军大为震惊，岛上的日军竟然还有如此猛烈的火力，立即对这些刚暴露出的目标进行轰击。从16日至18日三天里，美军除了舰炮火力外，护航航母的舰载机也全力出击，有的进行空中掩护；有的进行反潜警戒；有的观测校正弹着；有的向日军阵地投掷燃烧弹，烧掉日军阵地的伪装，使之暴露出来，以便于舰炮将其消灭。而塞班岛的轰炸机也频频前来助战，对硫磺岛进行轰炸。这三天中，硫磺岛几乎完全被美军火力轰击的硝烟所淹没，日军只得龟缩在坑道里无法活动。据统计，美军在登陆前共消耗炮弹、炸弹24000余吨，硫磺岛上平均每平方公里承受了1200吨，但日军凭借坚固的地下工事，损失轻微。
