硫磺島戰役，日軍守備部隊陣亡22,703人，被俘1,083人，共計23,786人。日軍其他損失為飛機90餘架，潛艇三艘。
美軍從1945年2月19日至1945年3月26日，陣亡6821人（其中陸戰隊陣亡5324人），傷21865人，傷亡共計28686人。美日雙方傷亡比為1.23:1。
美軍登陸部隊傷亡人數佔總人數的30%，陸戰3師的戰鬥部隊傷亡60%，而陸戰4師、5師戰鬥部隊的傷亡更是高達75%，第5兩棲軍幾乎失去了戰鬥力。此次戰役中，海軍陸戰隊的傷亡之高也是其在太平洋戰爭中絕無僅有的，戰後，尼米茲對參加過硫磺島戰役的陸戰隊員給予了高度的讚揚：“在硫磺島作戰的美國人，非凡的勇敢是他們共同的特點！”
美軍還有一艘護航航母被擊沉，航母、登陸兵運輸艦、快速運輸艦、中型登陸艦、掃雷艦、運輸船各一艘、坦克登陸艦兩艘被擊傷。
美軍為攻佔硫磺島所付出的人員傷亡比日軍還多，這是太平洋戰爭中，登陸一方的傷亡超過抗登陸方的唯一戰例，日軍在失去海空支援，又沒有增援補給的情況下，以地面部隊憑藉堅固而隱蔽的工事，採取正確的戰術，進行了頑強的抵抗，使美軍原計劃五天攻佔的彈丸小島，足足打了三十六天，並付出了慘重的人員傷亡。美軍在此次作戰中唯一閃光之處就是艦炮支援比較得力，共發射各種口徑炮彈30餘萬發，計1.4萬噸，取得了較好的效果，有力支援了登陸部隊的作戰。
但美軍的巨大代價很快就得到回報，當美軍登陸後，工兵部隊就上島搶修擴建機場，至1945年4月20日，上島的工兵部隊已有7600人，將一號機場跑道擴建為3000米，二號機場的跑道擴建為2100米，不僅進駐了戰鬥機部隊，還成為美軍B-29轟炸機的應急備降機場。美軍戰鬥機部隊進駐硫磺島後，其作戰半徑就覆蓋了日本本土，能有效掩護轟炸機對日本本土的戰略轟炸，使對日轟炸愈加頻繁和激烈，並將轟炸效果提高了一倍以上，大大加速了日本的崩潰。硫磺島上應急備降場至戰爭結束，累計共有2.4萬架次受傷或耗盡燃料的B—29在此緊急降落，從而挽救了這些飛機上2.7萬名空勤人員。
在這個僅8公里長、4公里寬的小島上，美軍苦戰一個多月，雖然取得了最後的勝利，但也付出了巨大代價：一共傷亡28686人，其中陣亡6821人，這是太平洋戰爭中美軍死亡人數最多的戰役。在這場戰役中美軍之所以傷亡慘重，除了日軍具有堅固的防禦工事和狂熱的死拼到底的軍國主義精神，美軍情報機構對硫磺島日軍作戰能力的錯誤評估也是重要原因。由於美軍情報部門低估了日軍的人數、武器裝備以及防守能力，造成了美軍在絕對優勢兵力情況下付出了極其慘重的代價。
美軍自從1944年7月攻佔馬里亞納群島後，就開始建立航空基地，出動B-29重型轟炸機空襲日本本土。但馬里亞納群島距日本本土近1500海里，B-29轟炸機只能攜帶3噸炸彈，在戰鬥機無法護航的情況下長途奔襲，在8000至9000米高度實施面積轟炸，效果很不理想。而硫磺島北距日本東京650海里，南距馬里亞納群島的塞班島630海里，幾乎正處在兩地的中間，島上的日軍不僅可以向東京提供早期預警，而且可以起飛戰鬥機進行攔截，甚至還不斷出動飛機攻擊美軍在塞班島等地的機場，更是大大降低了美軍對日本本土戰略轟炸的作用。硫磺島對美軍而言，簡直是如鯁在喉。如果美軍佔領硫磺島，那所有的不利都轉化為有利，B-29轟炸機從硫磺島起飛航程可以減少一半，載彈量則可增加一倍；戰鬥機如從硫磺島起飛，可以為B-29轟炸機提供全程伴隨護航；甚至連B-24這樣的中型轟炸機也能從硫磺島起飛空襲日本本土；更重要的是硫磺島還可作為B-29轟炸機的備降機場，供受傷的B-29轟炸機緊急降落或加油。因此美軍對硫磺島是勢在必奪。
美陸軍航空兵（即美國空軍的前身）司令亨利·哈利·阿諾德上將於1944年4月17日向參謀長聯席會議提出攻佔硫磺島的請求，參謀長聯席會議隨即同意這一請求，責成太平洋戰區擔負此項作戰。太平洋戰區總司令兼太平洋艦隊總司令切斯特·尼米茲上將為就近指揮，將其指揮部從珍珠港移至關島。
1944年10月初，太平洋艦隊司令部的參謀人員制定出進攻硫磺島的計劃。
硫磺島戰役開始前幾個月，駐紮塞班島的美軍第7航空隊等部門就開始為聯合情報中心執行照相偵察任務，但遺憾的是，第7航空隊的照片後來被評估為對分析整個硫磺島的日軍部署情況沒有任何價值。
臨近開戰，美軍第28偵察中隊的偵察機以很低的高度冒險對硫磺島實施了偵察，這次偵察拍攝的照片幾乎覆蓋了美國海軍陸戰隊後來進行激烈戰鬥的所有區域。然而可悲的是，情報中心卻缺乏經驗豐富的情報分析員對這些來自第28偵察中隊的重要照片進行分析評估。因為按照美國海軍的輪換政策，1945年1月，剛剛在關島成立的高級情報中心抽走了聯合情報中心所有有經驗的照片分析人員，這為美軍後來付出慘痛的代價埋下了伏筆。
儘管缺少有經驗的情報分析員，太平洋地區聯合情報中心仍然於1945年1月10日推出硫磺島戰役情報報告。根據這份報告，硫磺島上共有13500名日軍。雖然航空偵察表明，從1944年秋季到這年初冬，日軍在這一地區大量集結，可是聯合情報中心的情報分析員仍然指出，“沒有跡象表明日軍守島部隊已經得到了加強”。事實上，日軍自1944年馬里亞納群島失守後，便開始大力加強硫磺島的防禦力量，截止1945年2月，日軍在硫磺島的陸軍約1．5萬餘人，海軍約7000餘人，共約2.3萬人，飛機30多架，以及大量的火炮等武器裝備。
審閱航空照片，聯合情報中心分析人員僅僅發現了硫磺島上日軍的105個主要武器配置點和119個重武器配置點。分析人員估計，在1945年1月，日軍在硫磺島上的武器裝備主要包括以下部分：超過39門口徑為75毫米或更大的火炮，24門口徑為70毫米的榴彈炮，18門口徑為81毫米到240毫米不等的迫擊炮，10門口徑為80毫米的岸防炮，超過54門高射炮以及其他33門各型防空武器，42至54門口徑為37毫米至47毫米的反坦克炮，6個火箭發射陣地和40輛坦克。
到了1945年2月，海軍陸戰隊的情報使上述估計的數字增加了很多，但是與實際情況仍有相當大的差距。然而美軍仍然認為日軍防禦能力的加強並沒有表明其已經超出了聯合情報中心對硫磺島日軍防禦能力的最初估計，因此，尼米茲上將和他的下屬都沒有意向改變美軍的攻擊計劃。事實上，日軍此時在硫磺島上已經擁有了361門口徑為75毫米或更大的火炮，65門口徑為81毫米到240毫米不等的迫擊炮，33門口徑為80毫米的岸防炮，200多支口徑為20毫米至25毫米的高射機槍，67門口徑為37毫米至47毫米的反坦克炮，70具火箭筒和22輛坦克。此外，日軍還擁有94門口徑為75毫米或更大的高射炮。
在硫磺島戰役後期，美國海軍陸戰隊還遇到了大量意料之外的防禦工事.。在硫磺島上，日軍建造了大量使用機槍、火炮的預備發射點和碉堡。但是聯合情報中心在戰前的情報報告中曾斷言，分析人員在硫磺島上只發現了39個碉堡，13個火炮隱蔽點和4個地下工事，以及170個步兵掩體，報告忽視了大量碉堡的存在。而海軍陸戰隊在其1945年2月份的情報報告中則指出，硫磺島上一共有35個火炮隱蔽點，4個地下工事，332個碉堡。
戰鬥結束後，聯合情報中心和海軍情報機構開始分析硫磺島上的鋼筋混凝土工事，發現地圖上到處都是沒有被標出來的要塞，分析人員被迫花了很長時間去統計這些工事的數量。聯合情報中心在1945年6月10日提交的戰後情報報告中專門拿出了一個章節來分析日軍的火炮發射陣地和碉堡，以說明其龐大的數量和這些工事是如何被日軍使用的。
除了對日軍兵力的誤判，美軍情報人員對硫磺島複雜的地形也隻字未提。高地、窪地和經過人工改造的天然的坑道洞穴成了日軍天然的屏障，極大地遲滯了美軍的行動。在戰後報告中，聯合情報中心這樣描述美軍一方的進攻：“在進攻這些地點的時候，我們看不見日軍，他們大多隱蔽在洞穴或者岩石的縫隙中，人員分佈疏散，但是相互間間隔不大，在全島形成連鎖防禦。”
硫磺島戰役從1945年2月19日開始至1945年3月26日結束，日軍陣亡22305人，被俘1083人，共計23388人。美軍陣亡6821人，傷21865人，傷亡共計28686人。美軍海軍陸戰隊的傷亡之高也是其在太平洋戰爭中絕無僅有的。美軍還有一艘護航航母被擊沉，航母、登陸兵運輸艦、快速運輸艦、中型登陸艦、掃雷艦、運輸船各一艘以及坦克登陸艦兩艘被擊傷。
毫無疑問，由於在這期間的情報失誤使美軍為攻佔硫磺島這一小島付出了巨大的代價。雖然這場血腥的較量也造就了許多美國英雄，但是，這種英雄的塑造模式是悲劇性的。
日軍在單位戰鬥力和美軍差不多的情況下，僅用兩萬之眾對抗美軍十萬人，是無奈的舉動，失敗當然也是理所應當。
從戰略角度，日本必須守衛硫磺島。即使不能取勝，也讓美軍付出慘痛代價，並延緩了美軍的進展。如果，日軍早日任命指揮官，美軍將面臨更加困難的局面。
美國
美軍此役的指揮官斯普魯恩斯、米切爾、特納和史密斯都是在太平洋戰爭中驍勇善戰的名將，跨洋作戰，能夠組織10萬的兵力，體現了其軍隊良好的組織性和紀律性。而且在後勤保障上體現了其強大的國力。
通過該次戰役，看到美軍的戰爭決心，面對重大戰略利益，可以承擔巨大傷亡，並沒有退卻。
硫磺島，不僅使美軍獲得了轟炸日本本土的重要基地，還打開了直接攻擊日本本土的通道。
在太平洋戰爭中，只有兩場在日本本土發生的戰役，一場是在東京市京橋區政府管轄的硫磺島，另一場就是沖繩島戰役。
由於硫磺島重要的地理位置，對此後美軍的軍事行動產生巨大的作用。轟炸機在護航戰鬥機的保護下可以在中低空轟炸日本本土的城市，大大提高了攻擊效率。奪取硫磺島之後，美軍迅速組織了東京大轟炸（3月10日），名古屋大空襲（3月12日）和大阪大空襲（3月13日）。至戰爭結束為止共有2251架受傷的B29在硫磺島降落。美軍以犧牲6,800人，傷2萬2千人的代價拯救了約2萬5千名B29機組成員的性命，光這一點也是相當偉大的勝利。而美軍在硫磺島的慘重傷亡，也使美軍的高層意識到如果進攻日本本土，一定會遇到比在硫磺島更頑強的抵抗，美軍的傷亡將會更慘重，美軍在硫磺島戰役中的巨大傷亡也間接促成了美軍最終向日本投擲原子彈的決定。
此次戰鬥，美軍死亡6,821人，傷21,865人。日軍20,933人戰死20,139人。至2008年3月日軍收集屍骨8,638名。戰爭至今仍有1.2萬具屍骨尚未得到收殮。收殮主要由戰歿者遺屬進行，但老齡化使收殮人手嚴重不足，為此，日本厚生勞動省自2011年7月上旬起在其主頁進行志願者招募的工作，8月底起首批志願者加入到收殮的工作當中。每年厚生勞動省會派遣4次收容團，每次僅能收斂個位數的遺骨。這一工作預期將持續至2024年。
有兩名日軍士兵，山蔭光福兵長和鬆戶利喜夫上等水兵堅持到1949年方才投降。四年間，他們躲藏在硫磺島航空基地附近的防空壕內，靠螃蟹、老鼠和盜竊美軍的糧食維生。1947年，他們偶然發現美軍丟棄的雜誌上，美軍士兵和日本女人在東京上野的合影照，才知道戰爭已經結束。由於厭倦東躲西藏的生活，他們於1949年1月6日向美軍投降，遣送回日本。1951年5月，山蔭光福回到硫磺島，試圖找回當年埋藏的日記以撰寫回憶錄，卻找尋無果，絕望中從折缽山上投海自殺。他的日記於1968年硫磺島航空基地擴建施工中被偶然發現。
