Il 5 gennaio 1945 e il 27 gennaio il "Pensacola" ripeté i bombardamenti preliminari all'assalto anfibio a Iwo Jima. Fu quindi aggregato alla Task force 54 del contrammiraglio Bertram Rogers, incaricata di fornire fuoco di supporto ravvicinato, la quale eseguì gli ultimi cannoneggiamenti pre-sbarco: il 16 febbraio s'accanì sull'area nord-orientale dell'isola. Il 17 febbraio la TF 54 fu accolta invece da un preciso e nutrito fuoco dalle postazioni mimetizzate dell'artiglieria nipponica e il "Pensacola" fu colpito sei volte, lamentando 17 morti e 119 feriti tra l'equipaggio. Mantenne ciononostante il proprio posto e continuò ad appoggiare le divisioni marine dall'inizio della battaglia fino al 3 marzo, quando fece rotta per Ulithi dove poté rifornirsi ed essere riparato. Il 20 marzo lasciò la base in vista dell'inizio della campagna per Okinawa, ultima isola fortificata da espugnare prima di poter attaccare direttamente il Giappone. La Quinta Flotta, del quale il "Pensacola" faceva parte, condusse pesanti e continui bombardamenti tra la fine di marzo e il 1º aprile, giorno dello sbarco. Il 27 marzo il "Pensacola" fu bersaglio di due siluri, che evitò di misura (appena 6 metri), quindi sostenne con il proprio tiro le divisioni sbarcate fino al 15 aprile, giorno nel quale partì per la costa occidentale degli Stati Uniti; gettò le ancore ai cantieri di Mare Island, dove fu sottoposto a una revisione completa. Qui il capitano di vascello Dees passò il comando al pari grado Willard John Suits.