好不容易才登上岸的海军陆战队员，开始沿着一阶一阶的台地继续向高地突击。火力支援队的猛烈炮击曾一度使日军几乎停止射击，但当压制射击一结束，日军又继续还击，机枪、迫击炮和大口径炮先后开火。当海军陆战队员登上第一阶台地时，遭到中部阵地的步枪和机枪的猛烈射击。尽管损失很大，但登陆兵仍能奋勇前进，由一个弹坑跑到另一个弹坑，向第二阶台地猛冲。坦克和重火器行动缓慢，不能跟进支援。这主要是因为坦克登陆舰、中型登陆舰及其它登陆艇不是难以抢摊，就是由于底质松软无法抛锚，从而造成相互碰撞，加剧了登陆地域的混乱状态。
19日一整天，海军陆战队的右翼在该岛的东北高地附近受阻，象钉在那里一样难以前进。进攻中部地区的部队用火焰喷射器和75毫米坦克炮摧毁数个工事后，推进到1号机场。海军陆战队的左翼迅速通过一段狭窄地域，终于把褶钵山的守军孤立起来。所有这些战果都是登陆兵在大口径炮从侧翼不断进行掩护下，冒着冲天而起的火山灰烟尘，充分利用植物和地形进行隐蔽而取得的。当然，为此也付出了巨大的代价，第一天上陆的30,000人中，到天黑时已有2,400人战死。
2月20日，进攻中部地区的海军陆战队占领1号机场，右翼部队开始进入东北部的丘陵地区，最左翼的团战斗队开始突击褶钵山。美军对这里的防御工事进行爆破和火攻，并用手榴弹、火焰喷射器、火箭弹和炸药等封闭该阵地的各个洞口，切断它与其它阵地的联系。用了将近3天的时间，才攻下这个山头。23日晨，美军包围了褶钵山，一名士兵登上山顶，插上一面美国国旗。将近中午时，海军陆战队又升起一面全岛都能看得见的更大的国旗。这就是摄影记者乔·罗森塔尔所拍摄的那面第二次升起的美国国旗。后来，这张照片翻印的最多，创所有战争照片的最高记录。这时，海军陆战第4师和海军陆战第5师的两个团转移到右翼，开始对东北高地发起突击。由于两个伤亡严重的营撤出了战斗，便令担任预备队的海军陆战第3师投入战斗，以加强第4师和第5师结合部的进攻。
美军在向东北高地推进的过程中，在岩缝、峡谷和岩洞中与日军展开了白刃格斗。在此期间，美军已经上岸的炮兵进行弹幕射击，并得到舰炮的支援。在这次作战过程中，炮火支援舰只实际发射炮弹近30万发，达14,000余吨。夜间，美军舰只不断发射照明弹，打开探照灯以防日军利用夜暗发动反击。航空母舰进行的航空火力支援非常有效，特别是第58特混舰队前4天在硫黄岛海域所实施的航空火力支援更是这样。各种支援兵力的协同动作达到一个新的水平，这说明美军已在改进通信方法和总结经验教训的基础上进行了适当的训练。尽管如此，对那些构筑巧妙的许多坚固工事仍须在坦克抵近射击的支援下，由步兵一一予以拔除。
21日傍晚，日军开始反击。当时，约有20架“神风”特攻机在战斗机的掩护下飞临硫黄岛上空，并冲向登陆支援编队中的护航航空母舰。“萨拉托加”号大型航空母舰为遂行夜间战斗任务正在这一海域活动。5艘军舰遭到特攻机的撞击，其中3艘损伤不甚严重。“萨拉托加”号被3架特攻机和数颗炸弹击中，舰上一片火海，舰体水下部分炸开一个大洞，只是由于灭火和损管抢修比较得力才免于沉没，但伤亡近300人，必须大修，直到战争结束再未参加战斗。“俾斯麦海”号护航航空母舰遭到两架“神风”特攻机的袭击，顿时烈火熊熊，爆炸声此伏彼起，终于引爆了弹药舱，舰尾被炸毁，舰员弃舰最后倾覆沉没，损失舰员350人。