太平洋战争后期，尼米兹将军跳岛战术大获成功，美军一举占领了马里亚纳群岛和硫磺岛，为轰炸东京做好了准备工作。在此之前美军仅仅在珍珠港事件后，对日本本土进行过一次报复性轰炸，这次美国人已经做好准备要让日本鬼子付出代价了。
当时的日本工业体系大多是藏身居民区小作坊内，大工厂将零件承包给无数的小作坊，最后回收零件进行组装，这是当时日本国内最典型的工业模式。因此如果仅仅轰炸日本工业区的话势必无法对日本的军事工业造成实质性影响，于是美国人这次打算对日本进行无差别轰炸，不管是居民区还是工业区都难逃被打击的命运。
首先美军出动了174架B-29轰炸机发动了首次攻击，这次美国人选择使用凝固汽油弹，此次空袭美军把东京2.5平方公里的地面全部焚毁。由于此时美军已经完全掌握了制空权，因此他们的轰炸机随时都可以起飞，对东京进行地毯式轰炸。其中最大的一次空袭行动美军派出334架B-29轰炸机投下了2千吨燃烧弹，此次轰炸燃烧面积高达41平方千米。此次空袭破坏力堪比广岛核爆威力，近10万日本人死在此次空袭之中，几万死难者都是因为燃烧耗尽氧气而窒息死亡，尤以低洼区最为悲惨，着火、缺氧者争相跳入河中求生，结果河里漂满如木炭一样黑的尸体。人们争相躲入坚固的明治座剧院，院内窒息而死的尸体互叠有2米之高。另外还有100万人无家可归，整个东京有四分之一的地区被夷为平地。
日本学者将美军的数次大轰炸称之为“东京大屠杀”，而国际史学界称之为“李梅火攻”。时任轰炸机部队司令的柯蒂斯·李梅少将改变了以往的轰炸方式，决定将白天轰炸改为夜间轰炸，将炮弹轰炸改为燃烧弹轰炸。美军的攻击不仅仅局限于东京，名古屋、大阪、神户等地都遭到美军无差别轰炸，不过规模都比不上东京大轰炸，在广岛长崎核爆之前，东京大轰炸是人类历史上最具破坏性的空袭。
当然美国人刻意避开了日本皇宫，美国人担心一旦轰炸皇宫，万一天皇没死很有可能会激化天皇和日本民众对美国人的恨意，那样将更难结束战争。另外如果天皇死了，美军将很难通过天皇宣布投降诏书。不过虽然造成了巨大的人员伤亡，套用一句原子弹轰炸的话“原子弹下无冤魂”，“大轰炸下也没有冤魂”。