1945年2月23日至24日，美军首次对东京进行大规模燃烧弹袭击。当晚，174架B-29轰炸机在东京抛下大量凝固汽油弹，焚烧东京约2.56平方公里。
3月9日至10日，美军从马利亚纳群岛派出334架B-29轰炸机，再次用凝固汽油弹轰炸东京2小时。每架飞机携带6-8吨燃烧弹，燃烧面积6500平方米。为了避免不必要的伤亡，轰炸机在没有编队的情况下单独轰炸空袭。当晚东京发生火灾旋风，334架B-29共投下2000多吨燃烧弹。产生的高温足以燃烧该地区的所有可燃物（包括人体），造成近10万人死亡。近41平方公里的地方被烧毁，主要在皇家住宅以东。东京约有四分之一被夷为平地，其中18%是工业区，63%是商业区，其余是住宅区。计划中的22个工业目标全部被摧毁，26700多栋建筑被烧毁，数百万人无家可归，83793人被烧死，10万人被烧成重伤。在空袭中，9架B-29被击落，5架受重伤，在海上被迫降落，42架受伤的飞机返回基地。大火后的清理工作进行了25天。
3月9日的轰炸可能是人类历史上最具破坏性的非核武器空袭，比第二次世界大战中的任何军事行动都造成了更多的伤亡，可以与后来的原始爆炸相比。
东京火灾袭击后不到30小时，317架B-29轰炸机夜间袭击了著名的古屋，使该市的飞机制造中心成为火焰。13日，日本第二大城市大阪也遭到300架B-29号轰炸，3小时内燃烧了约20.7平方公里的1700吨燃烧弹。16日，美军轰炸神户，摧毁其造船中心。美军在四月、五月和六月对日本各大中小城市进行了大规模空袭。4月13日，宫殿和宫殿部分被焚烧，明治神宫化为乌有。7月4日，美军宣布日本已遭受10万吨炸弹轰炸。
在美国轰炸过程中，许多东京市民逃离了城市。柯蒂斯·李梅计划轰炸，派遣美国机器发出警告传单，通知下一次轰炸的目标，使他们更加害怕。仅东京就有数百万人逃往农村地区，工厂工人的出勤率不到以前的一半。轰炸东京和其他城市使日本的战时经济瘫痪。
随后，5月26日，美军再次派出470架飞机轰炸东京，造成7415人死亡，22万栋房屋被烧毁。近几个月的轰炸摧毁了东京一半的建筑。
东京大轰炸的战术变化：燃烧弹给日本造成了重大损失