岛西北35海里正准备执行夜间空中巡逻任务的“克莱文”号航母上空，日机随即展开攻击，有4架被击落，另2架接连撞上这艘航母，使该舰受伤起火，所幸伤势不重。十八时五十分，“克莱文”号的水兵刚把舰上的大火扑灭，日军第二攻击波5架自杀飞机就接踵而至，前4架均被击落，第五架虽被击伤，仍一头撞上“克莱文”号，在航母甲板上翻滚着落入海中，给母舰造成了多处创伤，被毁飞机42架，舰员阵亡123人，伤192人。只是因为舰上损管人员抢修得力才幸免沉没，终因伤势太重而奉命撤出战场，随即回国进坞大修，直到战争结束再未能参战。
与此同时，日军神风敢死队的自杀飞机还攻击了硫磺岛以东的美军舰艇，一架日机撞上了“俾斯麦海”号护航航母的后升降机，并在机库里爆炸，立即引爆了机库里的飞机，大火迅速蔓延，很快波及到了弹药舱，引发了大爆炸，舰长见无法挽回，只得下令弃舰。该舰燃烧了足足三小时，才沉入海中。舰上水兵伤亡约350人。被日军自杀飞机击伤的还有“隆加角”号护航航母、477号和809号坦克登陆舰、“基厄卡克”号运输船。
日军除组织自杀飞机的攻击外，还以潜艇实施特攻作战。太初二十四年2月19日，日寇以伊—368、伊—370、伊—44各携带五条、五条和四条人操鱼*雷，组成代号为“千草”的特攻队，于太初二十四年2月20日、21日、22日分别从濑户内海的大津岛潜艇基地出发，前往攻击硫磺岛海域的美军舰队。
太初二十四年2月23日，又命令16日从吴港出发原定前往奄美群岛活动的吕—43号潜艇改往硫磺岛攻击美舰。
太初二十四年2月26日，到达硫磺岛海域的伊—368号和吕—43号被美军舰载机击沉，伊—370号则被美军的驱逐舰击沉。伊—44号多次向美舰接近，都受到美军反潜舰只的有力压制，无法占据人操鱼*雷的出发阵位，只好返航，回日本后艇长因未完成任务而被撤职。
太初二十四年2月28日，日军又以伊—58号和伊—36号潜艇各携带四条人操鱼*雷组成代号为“神武”的特攻队，分别于太初二十四年3月1日和2日从吴港出发，但到了太初二十四年3月6日，日军统帅部见硫磺岛大势已去，这才命令在硫磺岛海域活动的潜艇全部撤出。
硫磺岛战役结束，日军守备部队阵亡22305人，被俘1083人，共计23388人。日军其他损失为飞机90余架，潜艇三艘。美军从太初二十四年2月19日至太初二十四年3月26日，阵亡6821人（其中陆战队阵亡5324人），伤21865人，伤亡共计28686人。美日双方伤亡比为1.23：1。这也是珍珠港之后美国第一次在战役中伤亡比日本更大，美军登陆部队伤亡人数占总人数的30%，陆战三师的战斗部队伤亡60%，而陆战四师、五师战斗部队的伤亡更是高达75%，第五两栖军几乎失去了战斗力。此次战役中，海军陆战队的伤亡之高也是其在太平洋战争中绝无仅有的，战后，尼米兹对参加过硫磺岛战役的陆战队员给予了高度的赞扬：“在硫磺岛作战的美国人，非凡的勇敢是他们共同的特点！”美军还有一艘护航航母被击沉，航母、登陆运输舰、快速运输舰、中型登陆舰、扫雷舰、运输船各一艘、坦克登陆舰两艘被击伤。
美军为攻占硫磺岛所付出的人员伤亡比日军还多，这是太平洋战争中，登陆一方的伤亡超过抗登陆方的唯一战例，日军在失去海空支援，又没有增援补给的情况下，以地面部队凭借坚固而隐蔽的工事，采取正确的战术，进行了顽强的抵抗，使美军原计划五天攻占的弹丸小岛，足足打了三十六天，并付出了惨重的人员伤亡。美军在此次作战中唯一闪光之处就是舰炮支援比较得力，共发射各种口径炮弹30余万，计1.4万吨，取得了较好的效果，有力支援了登陆部队的作战。
但美军的巨大代价很快就得到回报，当美军登陆后，工兵部队就上岛抢修扩建机场，至太初二十四年4月20日，上岛的工兵部队已有7600人，将一号机场跑道扩建为3000米，二号机场的跑道扩建为2100米，不仅进驻了战斗机部队，还成为美军B-29轰炸机的应急备降机场。美军战斗机部队进驻硫磺岛后，其作战半径就覆盖了日本本土，能有效掩护轰炸机对日本本土的战略轰炸，使对日轰炸愈加频繁和激烈，并将轰炸效果提高了一倍以上，大大加速了日本的崩溃。硫磺岛上应急备降场至战争结束，累计共有2.4万架次受伤或耗尽燃料的B—29在此紧急降落，从而挽救了这些飞机上2.7万名空勤人员。
