塞班岛失陷后，日本大本营断定硫磺岛将是美军下一个攻击目标，因而调兵遣将，大举向岛上抢运人员物资。守岛日军几个月内迅速增至2.3万余人。日军还向岛上运送了近千门各型火炮，22辆坦克以及大量的弹药、粮食和淡水等生活物资。栗林中将接任守岛日军最高指挥官后，根据塞班岛日军惨败的教训、美军巨大的火力和装备优势以及硫磺岛地势、地貌特征等，制订了纵深防御，持久作战的战术原则，对硫磺岛原来的防御工事进行彻底改造。
在硫磺岛鸡脖子附近的海滩上，栗林只留下少量日军作象征性的部署，以为警戒。日军大部分火炮和人员皆集中于摺钵山和海岛北部和东北部的高地上。为了抗御美军摧枯拉朽的舰炮和航空火力，栗林还专门从日本本土征集了一大批技术高超的采矿工程师，依托硫磺岛遍布溶洞的地形特点，设计建造了庞大、完整、错综复杂的地下堡垒系统。许多洞穴经过改造，四通八达，可供日军自由调动。所有的洞壁、洞顶都用两三米厚，由钢筋、水泥和岛上用之不竭的火山灰调和成的最优质混凝土全面加固，再配以良好的通风设施，以储存长期防守使用的弹药、粮食和淡水。岛上一些地下工事深入地底二三十米，耐炸耐火。地道出口处和要害部位用混凝土整体浇铸成400多个位置隐蔽、射界开阔、火力交叉的地堡群。每个地堡用厚厚的铁门封闭，内铺轨道。铁门开启，一门大口径轨道炮即可沿轨道推出，对预先严格校射过的目标狂轰滥炸。栗林严格禁止守岛日军对美军登陆部队发动自杀性冲锋。他相信硫磺岛严密的防御工程体系，犹如金城汤池，必将成为登陆美军的葬身之地。