3月21日，日本裕仁天皇宣布晋升栗林忠道为陆军大将，53岁的栗林成为日军中最年轻的大将。也就是这一天，硫磺岛与东京的通讯联络完全中断。
3月25日，粟林向传令兵下达了最后一道命令：设法通知岛上仍在抵抗的每一名日军，于夜间携带武器到三号机场附近的山区集合。集合起来的日军仅剩350余人，栗林忠道对他们说的最后一番话是：战局已到最后关头，我军于今夜发动总攻。人人都要战死，而本人，将始终站在诸位前面。
3月26日凌晨，粟林亲自率领这350名日军向二号机场发起自杀冲锋。疏于防范的美军被打得措手不及，不少陆战队员尚在睡梦中就被日军用刺刀杀死。回过神的美军迅速展开火力网，将日军全歼在机场前沿。3小时后战斗结束，美军伤亡175人。天亮后打扫战场，美军共找到完整的日军尸体250具，其中并没有栗林忠道的。有人说栗林忠道在自杀冲锋时被美军的机枪打死，也有人说他是在受重伤后剖腹自杀。后来有日军战俘声称听到过栗林吩咐“不要让我的尸体落到美国人手里”。无论如何，栗林忠道就此死去。当天早上8点，美军正式宣布：硫磺岛战役完全结束。
硫磺岛战役历时5个星期，2.3万人的日军守备队几乎全部战死，另有数百人被俘。而美军的伤亡竟然高达2.8万人，其中阵亡6800多人，美日伤亡比达到1.23:1。这样的伤亡比例，在太平洋战争中绝无仅有。至于两栖作战中登陆方的伤亡超过抗登陆方，在太平洋战争中更是绝无先例。日军没有海空支援，也没有增援补给，在栗林忠道的指挥下，利用坚固工事和消耗战术，最大限度的迟滞和杀伤了美军，使美军在付出极大代价之后才拿下硫磺岛。原计划5天攻克，实际却用了整整36天。从纯军事的角度来说，硫磺岛战役堪称是抗两栖登陆作战的典范。
美军为硫磺岛付出的代价的确是太过巨大了。参战3个陆战师伤亡都在60%以上。比如陆战4师，仅阵亡就达1800多人，硫磺岛战役后直接撤回夏威夷休整，直到日本投降，再也没能重返前线。陆战5师那六位在折钵山顶升起星条旗的英雄，只有三个人活着离开硫磺岛。
他们的牺牲并没有白费。早在3月3日，就有一架C-47运输机在硫黄岛一号机场降落。3月4日，一架在空袭日本本土时受伤的B-29轰炸机在硫黄岛紧急迫降，硫黄岛的价值开始显现。美军工程兵对两座机场进行了扩建，成为B-29的应急备降机场。同时机场还进驻了战斗机，美军占领硫黄岛后不到三周，P-51“野马”战斗机编队就从硫磺岛机场起飞，为白天轰炸东京的B-29提供全程护航。到战争结束时，累计有2.4万架次受伤或燃料耗尽的B-29在硫磺岛紧急降落，这些飞机上的2.7万名空军人员生命得到挽救。对日本本土战略轰炸的效果也提高了一倍以上，日本的战争能力日趋枯竭。
