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千田旅团的反击失败后，美军就进入了扫荡战的阶段。然而即使在这个阶段，美军依然伤亡惨重，死伤者多达3885人，包括阵亡者1071人。
栗林兵团长为了强化剩余地区的防御，将標流木地区和北地区合并起来作为北据点，由自己直接指挥。右地区由第一四五联队等负责，左地区由北地区队和当地海军部队负责。
得不到补给的日军在与可得到无限补充的美军的战斗中愈加处于劣势。3月10日，参加东京大空袭的B29轰炸机在硫黄岛上迫降。后来美军更是在已被占领的这座岛屿上部署了大批B29，对全日本进行轰炸。3月10日，美军在一天内就俘虏了111名日军，不过，这些人都是失去知觉或者无法活动的伤兵。
陆战队步兵在谢尔曼坦克向日军据点或洞窟喷火时进行机动
到3月中旬，硫黄岛守备队的幸存者被逼退到靠近海岸的最后的北部阵地。为了消灭坑道内的日军，美军用尽了各种手段，用坦克攻击、投掷凝固汽油弹和炸弹，从洞窟的通风孔插入炸药。14日，美军基本排除了日军的有组织抵抗，举行了标志着占领全岛的升旗仪式。不过，即使到了这时，在岛屿北部和东部的一隅，仍然残存着栗林兵团的据点。
在美军举行正式升旗仪式的同一天晚上，步兵第一四五联队在北部落的工兵队洞窟内焚烧了军旗。15日，海军部队指挥官市丸同栗林兵团司令部会合，日军在北部阵地的残存兵力还有900人。另外混成第二旅团的残兵还有500人，他们白天藏在岛屿东侧的地下坑道中，夜间沿着海岸向北方移动，企图同北部阵地的日军会合。但混成第二旅团最终没能达到目的，在16日和17日遭到美军的猛烈炮击，全军覆没。他们最后藏身的位于温泉浜的坑道距离栗林所在的兵团司令部坑道只有300米远。
16日，美军的包围圈进一步缩小。西竹一指挥的战车第二十六联队残兵在东部遭到扫荡。当天下午，陆战第三师抵达岛屿北端。17日夜，栗林以下的兵团司令部和第二十七航空舰队司令官市丸以下的海军司令部向大本营发去诀别电报。在电报中，栗林表示将以全员进行最后的反击。大本营根据电报内容在3月21日宣布硫黄岛守军在17日半夜全员实施了总攻，并宣称美军自登陆硫黄岛以来至3月16日为止共损失约33000人。
不过，实际上3月17日夜栗林并未实施总反击。相反，栗林仍然命令进行持久战。3月25日半夜，栗林、市丸带领400人对西部落一带的美军实施了最后的总攻。这并不是一次“万岁冲锋”，而是经过精心策划的，以制造最大的混乱和破坏为目的的行动。参加这次行动的日军都携带着良好的武器和补给品，包括美军的武器和口粮。他们隐秘地接近美军的营地，避开美军的阵地和巡逻队。自3月14日美军宣布硫黄岛上的有组织抵抗已经结束以来，美军多少放松了警惕。当日军接近营地时，美军还在营帐中睡觉，丝毫没有察觉到大难临头。雪上加霜的是，遭到突袭的美军不属于一线战斗部队，而是属于工兵、高射炮、野战后勤部队、陆军航空队等单位。
26日拂晓，5时15分左右，日军突入美军营地，开始了约3个小时的敌我难分的混战。日军分成梯队从三个方向发动进攻，在美军营地中大肆破坏，他们推倒或砍坏帐篷、用步机枪开火、投掷手榴弹、挥刀砍向美军，甚至攻击了野战医院的救护车。有的美军还在睡梦中就被杀死在板床上，有的美军刚从帐篷里冲出来就被打死。日军装备了许多美军武器，包括勃朗宁自动步枪、M1步枪、巴祖卡火箭筒等，使美军难以识别敌我。
有些美军用手枪迎战日军，但是一些日军也装备了美军的11.4毫米口径手枪。除了受过严格野战训练的陆战队人员能够冷静地应对日军的袭击，其他单位的美军在混乱中到处乱窜，甚至比日军更令人感到可疑。而参加袭击的日军是久经战火的老兵，纪律优良，注意保持隐蔽，不似以前许多次夜袭战中的日本兵那样狂呼乱叫。不过随着越来越多的美军勇敢地加入战斗反击日军，日军的攻击逐渐受到遏制。
在陆军第二十一战斗机大队的营地内发生的激烈肉搏战中丧生的两名日军
天亮后，危机迅速结束，日军全军覆没，留下了262具尸体。栗林以下大部战死，不过，栗林、市丸的尸体未被找到。战斗结束后，美军找到了40把军刀，这表明参加这次战斗的日军军官和高级士官占有相当比例。美军也伤亡172人。日军有组织的抵抗至此彻底终结。但是，残存日军仍然潜伏在地下进行游击战，一直活动到战后，最终有1000余人成为俘虏。
在硫黄岛战役中，日军死伤约21000人，美军死伤约28000人。这是太平洋战争中美军损失大大超过日军的罕见战例。对于双方官兵来说，硫黄岛是一处名副其实的地狱战场。
硫黄岛战役中日美两军的损失如下。
硫黄岛战役中，日美两军战力的比较如下。
