2006年、硫黄島。地中から数百通もの手紙が発見された。それはかつてこの島で戦った男たちが家族に宛てて書き残したものだった……。戦況が悪化の一途を辿る1944年6月。陸軍中将・栗林忠道（渡辺謙）が硫黄島に指揮官としてやってきた。アメリカ留学の経験を持つ栗林の、常識に捉われないやり方は古参の将校たちの反発を呼ぶ。栗林の防衛戦略は、島中にトンネルを張り巡らし、地下要塞を作り上げるというものだった。1945年2月19日、ついにアメリカ軍が上陸する。戦いは36日間にも及ぶ激戦となった。徐々に退却を強いられていく日本軍。玉砕を求める部下に、栗林は最後まで戦いぬけと命令した。妻子を国に残してきたパン職人の西郷（二宮和也）は、憲兵隊のスパイかと疑っていた清水（加瀬亮）と共に、自決を命じる上官のもとから逃げ出した。実は清水は本国で問題を起こして憲兵隊を追放された男だった。やがて二人は軍人らしく玉砕を貫こうとする伊藤中尉（中村獅童）に出会い、処刑されそうになる。それを助けたのは他ならぬ栗林だった。しかし、やがて脱走した清水はアメリカ兵に殺されてしまう。状況は切迫し、伊藤を中心とした栗林に反発する者たちが勝手な行動を取り始めた。そんな中、栗林の数少ない理解者である西中佐（伊原剛志）も命を落としていく。進退窮まった栗林は、ついにアメリカ軍に最終攻撃をかけた。撃たれ、倒れていく兵士たち。激戦の中、栗林も瀕死の重傷を負う。そんな栗林のもとに西郷がやってきた。自分が死んだら埋めてくれと言い残し、自決する栗林。その遺体を埋めた西郷のまわりをアメリカ兵が取り囲む。そのうちのひとりが栗林の拳銃をベルトに挟んでいるのを見た時、西郷は突然狂ったようにシャベルを振り回し始めた。アメリカ兵に取り押さえられる西郷。激戦の数少ない生き残りとして担架に乗せられた西郷が見たのは硫黄島の海に沈む赤い夕陽だった。