據二戰史料統計，從1944年夏至1945 年8 月15 日，美國共出動飛機約5.2萬架次，對日本本土進行戰略轟炸，共空襲日本城市98 座，有些城市被毀40％～60％，有的幾乎變成廢墟。據戰後美國發表的戰略轟炸調查報告稱，對日本最後9個月的戰略轟炸，造成平民傷亡80.6萬人，其中死33萬人（包括原子彈轟炸在內）。
爲報複日本，第一次空襲東京
二戰初期日本氣焰非常囂張，特別是偷襲珍珠港成功以後，日本席卷了南太平洋，征服了緬甸、馬來西亞、新加坡、菲律賓、東印度群島等地。此時盟軍節節敗退，日本掌握太平洋的制海權和制空權，初步實現自己大東亞共榮圈的夢想。在此期間，美國爲了報複日本，決定對東京進行轟炸，以打擊日本的士氣。
由于殘存的海軍基地距離日本本土太遠，只能利用海軍航空母艦靠近日本，然後利用海軍艦載機進行轟炸。當時日本在本土800公裏以外有雷達艇巡邏，因此空襲飛機必須在880公裏以外起飛。對于當時的艦載機來說，往返航程太遠，並且航母等待空襲飛機的返回過于危險。因此，美國最終采用遠程轟炸機，並且這些飛機在完成對東京的轟炸以後直接向西飛到大陸機場進行降落。
美軍任命杜立特中校擔任轟戰機的指揮官，因而這次轟炸被稱爲"杜立特空襲"。第一次轟炸東京是1942年4月18日，一共16個機組，他們駕駛B-25轟戰機。12點30分，當他們來到東京上空的時候，在東京中心廣場上，剛剛結束防空演習的日本民衆還以爲是演習。直到炸彈落下，他們才知道真正的戰爭已經來臨。這次空襲主要意義還是震動日本民衆，其本身所造成的破壞有限。在完成任務以後，絕大部分的人都平安的抵達了中國大陸，15個機組中共有75人，其中3人陣亡，8人被俘虜，64人被中國軍民救助起來。
這活下來的64個人又參與了後續的戰爭，共有11人死亡，其中4人是死在了中國戰場。被俘虜的8個人，有三人被日本人判處了死刑，剩下5人之中一人被虐待致死，最後的4個人經曆了三年半的煎熬，最終活了下來。
唯一沒有到中國大陸的是8號機，由于當時飛機沒油了，並且飛機上的機槍塔也失效了。所以他們只能選擇北上飛到蘇聯的海參崴。後來這個5個美國人也平安的回到了美國。
中國軍民救助了這些美國飛行員，因而引起了日軍的報複。更重要的是這是日本第一次遭受轟炸，對國民的信心打擊很大。所以日本發動了浙贛戰役，破壞了麗水、玉山、衢州等地的機場。整個戰役持續了4個月，中國軍民有25萬人被殺。
美國空軍對日本本土進行持續戰略轟炸
隨著戰爭的進行，日本開始走下坡路了，等到1944年的時候，美國完全獲得了制海權和制空權，因此美國對日本本土進行大規模的轟炸已經成爲可能。1944年到1945年，美國利用B-29對日本進行了無數次的轟炸，但是效果不好。原因在于美國人以對付德國人的思路來對付日本人。因爲德國工業區集中，轟炸效果非常明顯，但是日本工業區分散，很難徹底摧毀他的軍工企業。
直到李梅開始指揮對日本的轟炸。他發現日本多是木質結構的房屋，因此他決定采用燃燒彈進行火攻，這便是非常有名的火燒東京。
這一期間美軍對日本本土的轟炸主要分爲三個階段：
第一階段：1944年6月到1944年10月。美國空軍第20轟炸機聯隊的68架B-29飛機，從成都機場出發，轟炸日本九州鋼鐵廠，其後又對長崎、佐世保等工業區進行轟炸。這一階段的轟炸持續5個月，共計出動22次，投彈萬余噸，不過效果並不好。
第二階段：1944年11月到1945年2月。美國空軍第21轟炸機聯隊的111架B-29飛機對東京進行轟炸。隨後，他們的轟炸範圍擴大到大阪、神戶、名古屋等地。由于缺乏戰鬥機護航，轟炸機損失很大。不過好消息就是由于采用低空面積燃燒彈轟炸，效果非常好。
第三階段：1945年3月到1945年8月。美國空軍334架B-29轟炸機夜襲東京，投擲大量燃燒彈，使得東京遭到毀滅性的打擊。隨後，他們又對大阪、名古屋等地投擲燃燒彈。
美國空軍對日本的戰略轟炸曆時14個月，對日本本土共投彈16.08萬噸。其中主要轟炸行動集中在後9個月，特別是李梅倡導的用燃燒彈進行轟炸，取得了明顯成效。根據日本內務省的調查，轟炸共造成傷亡554350人，毀壞房屋244萬棟，800萬人無家可歸。日本的工業在轟炸中遭到重大破壞，電力和煉油工業生産能力分別下降70％和83％，飛機工業下降60％，飛機産量從1944年的月平均2341架下降到1945年8月的200架。其它工業也遭到不同程度的破壞，國民經濟瀕臨崩潰。不管怎樣李梅的大轟炸威力比原子彈造成的傷害還大！
以東京爲例。1945年3月10日，334架美軍B-29轟戰機對東京投下了2000噸的燃燒彈，導致了10萬人死亡（日本人的數據是30萬人），100萬人無家可歸，這是二戰中最爲慘重的空襲。燃燒彈爆炸引發的大火，飛機在250公裏以外的太平洋上依然可以看到。整個東京可以說是遭到了毀滅性的打擊，只有大型的堅固建築未受破壞。大火過後，日本政府調動了大量人力，花了25天時間才把燒焦的屍體清除完畢。
美軍對日本本土的轟炸無益加速了戰爭的進程，特別是火攻東京，"這次空襲動搖了整個國家的基礎"。美軍鮑爾將軍這樣評價火攻東京，"它不比原子彈轟炸廣島長崎的效果差。"