但隨著跳島戰術奏效、以及新型B-29“超級堡壘”轟炸機問世後，美軍的轟炸計劃就欲發有把握。在收復馬裏亞納群島後，將大批B-29轟炸機移駐此地，並搭配燒夷彈，於1945年2月底，首次派出174架B-29轟炸機前往東京，將周邊2平方公裏的區域炸到體無完膚。

緊接著從3月9日開始的大轟炸，美軍共334架轟炸機飛往東京上空，每架飛機攜帶六至八噸×××，讓仍多為木造建築的東京，陷入熊熊烈火之中。2千噸的×××，造成近10萬人死亡，近41平方公裏的地方被焚燬，大面積的商業區被燒毀，而22個工業目標也全數被炸毀。兩日後，美軍亦以優勢轟炸機先後攻擊名古屋、大阪和神戶三大城市，讓關西重鎮大阪幾乎付之一炬。

兩個月之後，美軍又一次派出470架飛機轟炸東京，22萬間房屋被焚燬，重重打擊了日本國內士氣，也迫使當時的首相近衛文麿開始考慮停戰的可能。3月9日的東京大轟炸，被後來的研究者視為，二戰期間最致命的一次非核武轟炸行動，比在歐洲戰場上，對納粹德國的德列斯登與漢堡轟炸還慘烈；直接傷亡數量甚至高於後來的廣島與長崎×××攻擊。

轟炸任務由柯蒂斯·李梅將軍策劃，原先借道中國飛往日本，但因飛行距離過長，讓轟炸機無法攜帶足夠彈量，接手指揮第21轟炸機司令部後，改變與歐洲戰場不同的戰略方向：夜間低空轟炸。木造建築和日本航空兵夜戰能力不足，讓美軍的東京大轟炸取得震撼性的成功，也大幅降低自身損傷，3月轟炸中僅9架B-29轟炸機遭擊落、9架迫降海面，其余全數安全返回基地。

雖然曾遭批評使用×××大面積轟炸平民，有非人道的嫌疑；但多數學者認為，當時處於戰爭狀態、且先前日軍在重慶與上海也有多次大轟炸，此次轟炸屬於戰略上的消耗和震撼，故戰後並沒有美軍飛行員遭到起訴。東京也因為遭受嚴重毀損，戰後復甦之路也相當艱辛，一直到1950年之後，市容與相關基礎設施才重新整建

老百勝點擊13208831115兩千噸×××釀10萬人死亡，美軍東京大轟炸73周年