但是，這一工作尚未開始，美軍的兩棲部隊於二月十九日展開對琉磺島的攻擊，將日本的這一環形防線的東端分割開來。在馬里亞納群島B-29 的作戰史上。那一天也具有重大的意義。在十九日。第二十航空軍的指揮部向李梅發出了新命令,。急劇地改變了空襲戰役的進程。該命令將"試驗性"燃燒彈空襲提到了優先位置。高於對日本飛機工業的襲擊。為了證實這種燃燒彈的實戰性， B-29 的指揮官又獲得了托馬斯.Ｓ.鮑爾准將所指揮的超級堡壘聯隊。
B-29轟炸機投彈。
幾天之後，李梅下令對東京實施首次燃燒彈的空中攻擊。二月二十五日，一百七十二架 B-29在高空透過濃密的雲層投下四百五十噸燃燒彈，造成了重大的破壞。空襲後的照片顯示，東京一平方公裡面積變成了廢墟。根據東京都警視廳的記錄，空襲行動使得二萬七千九百七十幢建築物被移為平地。第二十一轟炸司令部損失了六架飛機，其中兩架被日軍飛機撞毀。
空襲後的第二天，裕仁天皇在東京接見了前首相東條英機，聽取他對戰爭局勢的意見。一連幾週, 天皇還召見其他資深的政治家。除了近衛公爵其他人都表示日本應該繼續戰鬥下去。二月二十六日,東條英機告訴天皇，他並不擔心 B-29 的空襲和日本的前途，他估計美國人不可能再增加轟炸機空襲，甚至無法保持目前的攻擊率。他認為, 與盟軍對德國的攻擊相比，這種攻擊可說是"微不足道", 並說："只有當東京日復一日地受到來自日本附近的數千架飛機的轟炸, 才能與德國的情況相比。"而實際上，日本面臨的是每週一次來自兩千多公里外的一百來架 B-29 的襲擊。如果這麼一件"小事"就使日本人民失去信心的話，那麼，要實現大東亞聖戰的目標是絕對不可能的。這位前陸軍大臣、關東軍參謀長清楚地表達了帝國大本營的態度，即準備打一場保衛本土的"決定性"戰役。
B-29機群飛臨日本上空。
東條英機和他的軍中同僚都未能預見到即將降臨於日本的浩劫。攻擊來臨之前，有過一段短暫的太平日子。三月四日，即高空燃燒彈轟炸後的一個星期，第二十一轟炸司令部按老方式又進行了一次襲擊。這樣一來使東條英機證實了自己的看法。
這是一次日間高空精確轟炸，目標仍是東京的中島飛機工廠。一百五十九架 B-29 飛抵目標後發現，目標又被雲層所遮掩。他門只得進行雷達投彈，投下了五百噸高爆炸彈……待飄起的塵埃落地後，中島飛機工廠被發現完好無損地聳立在原處。八百七十五架轟炸機作完八次這樣子的轟炸後，中島飛機工廠僅遭受到百分之四的破壞，而這些破壞的大部分是幾個星期以前海軍的航空母艦上的艦載機所造成的。
等待裝彈備航的B-29。
三月四日的空襲似乎徹底證明了高空精確轟炸是無效的。陸軍航空隊最優先轟炸敵方的飛機工廠或發動機工廠的行動，雖然使得其中一家遭到了嚴重的破壞，還有一家被迫大量減產，但是卻沒有任何一家因此完全喪失生產能力。在戰爭結束後，美國戰略轟炸研究小組將早期 B-29作戰的失敗，歸因於陸軍航空隊始終堅持精確轟炸的信條。
雖然早期的轟炸破壞效果甚微，但是它卻產生了巨大的間接效果。它們迫使日本人疏散其飛機製造工業，因而大大地減少及延緩了其飛機機體和發動機的生產，甚至新型機的開發進度。美國戰略轟炸研究小組發現，這比直接空襲造成的效果更為明顯。
B-29編隊投彈。
李梅將轟炸東京的行動定再三月九日的傍晚。發動攻擊的前一天，諾斯塔德將軍到第二十一轟炸司令部討論未來的作戰行動。聽了新計畫的匯報之後，他給華盛頓發了一份電報，讓他們等著看"出色的表演"。李梅在馬里亞納群島共有三百八十五架 B-29執行這次任務。領隊機裝載著M-47燃燒彈於下午起飛，隨後起飛的飛機總共攜帶了兩千噸M-69集束燃燒彈。
二百七十九架超級空中堡壘中的第一架飛臨目標上空前幾個小時，夜幕已經降臨在馬里亞納群島和日本。在關島，李梅和幾名參謀人員徹夜未眠，等待著千里之外的轟炸報告。午夜剛過，領隊機飛抵東京上空，隨行的其餘轟炸機按計畫作低空飛行, 在與東京最重要的工業區比鄰的一個約十平方公里的長方形區域投下了燃燒彈。熊熊大火倏然而起，形成了一個完整的X型。
蒂尼安島北方機場。
蒂尼安島是太平洋西部的一島嶼，位於馬里亞納群島南部。在廣島和長崎投擲原子彈的飛機就是從蒂尼安島出發的。
通常對B-29不利的天氣這回也幫了大忙。就在炸彈爆炸的瞬間，一陣大風突起,火勢迅速蔓延開來。其他的B-29也跟著陸續投彈，在各處也燃起了熊熊火勢。大風將燃燒的碎片吹過防火線和溝渠。零散的火焰迅速匯聚成一片洶湧的火海，後續飛向目標的轟炸機在四十公里外就能看見火光。這些後到的轟炸機穿過滾滾濃煙，機身和玻璃窗都被燻黑了。炸彈艙門打開後, 建築物燃燒的的味道侵入機艙。肆虐的大火還衝起數股強大的氣流，將幾架 B-29 轉眼沖高了幾千尺。機組人員從座椅上彈了起來，有些人還重重地摔下座椅，要不是飛行員有保護頭盔的話，後果真是不堪設想。
在塞班島列隊起飛的 B-29。
此次的空襲前後持續了進兩個半小時。鮑爾將軍投完彈以後，爬升到正在發動攻擊的超級堡壘的正上方，駕駛飛機在東京上空盤旋，與機組人員一道仔細觀察，收集供日後分析評估的數據資料。鮑爾透過無線電密碼將大火焚燒的狀況報告給李梅。
東京地面的情況遭透了，簡直是但丁《神曲》中所描寫的煉獄。幾個小時之後，東京電臺播放了一則報導：播音員首先譴責了美國人對人民的"大屠殺 "，接著描述了這場大災難：那個火光燦爛的夜晚將遠遠留在那些目擊者的記憶中。當第一批燃燒彈落地之後，煙霧突起，並被下面的火光映成一片粉紅。超級堡壘穿過濃煙，超低空飛行在逐漸蔓延的火場中心上空逐一通過。幾乎是在市中心的正上方，一架B-29轟炸機轟然爆炸, 猶如一道曳光彈劃過在我們的眼前。大火夾著煙霧衝天而起, 火紅的天空映襯著黑暗中的議會大廈的塔樓。整個城市亮如旭日, 上空瀰漫著濃煙、黑色灰燼和大風吹起的火焰。那天晚上, 我們感到整個東京都將化為灰燼。
壯觀的景象，塞班島上密密麻麻停放的B-29機群。
事實證明，三月十日的東京大轟炸在戰爭史上最大災難之一。一夜的功夫, B-29就幾乎摧毀了東京中心十六平方公里的面積，將近百分之二十五的建築炸成廢墟。據目擊者說，在大火蔓延過來之前，熾熱的高溫已經使整個防火線熊熊燃燒。混凝土建築物中的易燃材料被燒得一乾二淨。人員傷亡慘重，據日本東京警視廳統計的數字，共計有八萬三千七百八十三人死亡，四萬零九百一十八人受傷或嗆傷，另外還有一百多萬人無家可歸。日本政府花了二十五天的時間才將燒焦的屍體清除完畢，此次的襲擊損失了十四架B-29, 至少有一架是被日本高射炮擊中而墜毀爆炸，五架轟炸機的機組人員墜入大海，旋即被美軍海空搜索救難部隊救起。
轟炸後的十八小時, 小磯國昭首相在東京電臺發表談話, 譴責「最殘酷野蠻的美國人」，並告誡日本國民，B-29可能還會進行多次像這樣子的轟炸。他另外還告訴日本國民，美國正計畫入侵日本本土。
蒂尼安島上起飛的B-29編隊向日本飛去。
在馬里亞納群島, 李梅正在計畫再次發動夜間低空襲擊，目標是名古屋。在三月十一日至十二日的這次行動之中，二百八十五架轟炸機對名古屋實施了低空轟炸，領隊機仍然以M- 47燃燒彈帶頭投擲。他們總共投下了一千七百噸的炸彈，引燃了數百處的大火。這次轟炸並沒有造成如東京般的大毀滅，但事後的偵照顯示，超過兩平方公里的面積被夷為平地。這次戰鬥中損失了一架轟炸機，二十四架受到輕重不一的損傷，大多是高射炮炮火所致，日軍戰鬥機的反擊攻勢則相當微弱。
過了兩夜，李梅又派出了三百多架B-29轟炸大阪。由於雲層的掩蓋，兩百七十四架B-29進行雷達投彈，投下了一千七百噸的燃燒彈。雖然惡劣的氣候使導航機無法點燃目標識別大火，但是轟炸後的照片證實，這種低空轟炸的效果良好。市中心八平方公里的面積被炸毀，大火燒燬了十三萬四千七百四十四幢民房和工業建築物，還有一千三百多幢建築部分受損。傷亡總人數為一萬三千一百三十五人，另外有五十萬人無家可歸。空襲中損失了兩架B-29損傷十三架，日本航空兵攔截仍十分薄弱。
機場一角。
一九四五年三月的最後一次燃燒彈空襲行動由兩百九十架B-29轟炸機來執行。由於耗盡了所有燃燒彈的庫存量，故每三架轟炸機中就有一架攜帶五百磅的高爆炸彈。飛機在該城市中北部投下了約一千八百磅炸彈，燃起了近兩百餘處的大火，摧毀了三平方公里的面積。名古屋在兩次的空襲中，共有五平方公里的面積被夷為平地。李梅對於低空作戰行動以來成果豐碩而感到高興，對空勤人員發表了一篇演講，讚揚他們「在神的感召下對天職的獻身精神」。他說,：「戰鬥的考驗證明你們不僅能承受壓力，還能不斷地以更強大的力量發動攻擊。」
到三月下旬，第二十一轟炸司令部的燃燒彈全部都丟到日本本土，已無庫存。在此後的三個月的空襲中，沒有在實施過燃燒彈轟炸的任務了。
