美國陸軍與海軍陸戰隊在1944年佔領了北马里亞納群島上的關島、塞班島及提尼安島這幾個戰略要地，並開始在島上修建機場，這些機場最終成為美軍在第二次世界大戰最後一年裡空襲日本的大本營。群島上的基地可以從海路輕鬆獲取補給，而日本海軍已經無力威脅美軍的補給線。1944年10月12日，首架B-2“9超級空中堡壘”式戰略轟炸機飛抵塞班島，並於28日首次投入作戰，共計14架B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機對特魯克環礁實施了轟炸。11月24日，島上出動了111架B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機開始轟炸東京，自此展開了該戰略轟炸機對日本本土進行的越發猛烈的空襲，直至戰爭完結方才停止。
最初B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機轟炸的目標是以日本的軍事基地及工業設施為主，它們在白天從10千米左右的高空飛入日本上空，使用儀器實施精確投彈。但日本本土上空時常有強烈的氣流，使得這種空襲效果不佳。1945年初，阿諾德將軍把駐紮在北马里亞納群島的B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機交給寇蒂斯·李梅指揮，希望他可以加強轟炸的效果。李梅改變了B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機的攻擊方法，拆除了飛機尾部的航炮，以增加1.22噸的載彈量，讓它們在晚上從1.52至1.83千米的低空飛入日本，並根據日本此前空襲中國城市的經驗，使用凝固汽油彈與燃燒彈對日本的城市實施大範圍的地毯式的焦土性轟炸。
李梅相信此時的日本戰鬥機在晚上已經不足為懼，而這個高度也是日本防空炮火間的斷層。結果證明李梅的策略完全正確。3月9日晚上，334架B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機首次以新的戰術夜襲東京，當天晚上就將東京41平方千米的廣大地區燒成一片平地，東京商業區的63%被焚燬，工業生產力損失達到18%。84000人葬身於當晚的熊熊火海，更有多達100萬人無家可歸，而B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機只損失了14架。之後的兩星期內，又有約120000名日本平民死於B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機的焦土性轟炸，而B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機的損失卻僅有20架。到了戰爭最終的幾個月裡，B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機動輒一次出動500架編隊，由P-51“野馬”式戰鬥機進行護衛，進行對日本多個城市的連續空襲，並且目標逐漸由大型城市轉向中型城市。李梅預計，到了1945年9月，B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機一個月可向日本投下115000噸燃燒彈，是3月時的8倍；而到了10月，B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機將開始缺乏值得轟炸的目標。
不算兩次原子彈轟炸帶來的戰果，在整場戰爭中，B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機總共摧毀了日本461平方千米的市區，導致40萬日本人死亡，250萬民房被毀，900萬人無家可歸，而B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機的損失總共只有414架。除了焦土性轟炸外，B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機還對日本的海上航運線路進行大規模的佈雷。等到戰爭末期，日本的海運由於航線受阻已經接近於癱瘓。
而等到由B-29“超級空中堡壘”式戰略轟炸機裝載的原子彈在廣島與長崎爆炸後，日本各大城市及工業基地由於長期的轟炸都遭受了毀滅性的破壞。加上蘇聯對日宣戰，日本天皇裕仁最終被迫選擇接受了《波茨坦公告》，宣告無條件投降。
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