自从珍珠港事件以来，罗斯福一直敦促他的军事计划人员寻找轰炸东京的办法,太平洋外围和菲律宾的一片溃败中,这种需求就更加迫切。使用陆基飞机从中国起飞,飞机只能飞单程。直至1942年1月中旬，金海军上将的参谋部想出一个方案：从一艘航母上出动陆基轰炸机进行轰炸。航空母舰可以将飞机载到靠近日本海，但中型轰炸机无法在航母上降落，完成轰炸任务的飞机要飞往中国大陆。
这个计划选中了中型轰炸机B-25B和最新服役的航母大黄蜂号，并由当年的飞行速度世界纪录保持者詹姆斯·杜利特尔中校(右2)领导完成。为此B-25B进行改装，拆掉了一切不必要的设备，增加了油箱和伪装用的木制机炮。1942年2月3日，两架B-25B在大黄蜂号上起飞成功，证明了这一计划的可行性。此后，由第17轰炸机大队的志愿者组成了二十四套机组，这些机组成员只知道将完成一项非常危险的秘密任务。机组花了一个月的时间，在跑道上标出的模拟飞行甲板上演练短距起飞滑跑，大黄蜂号甲板上也划上了与陆地跑道一样的中心线标志。
1942年4月2日，大黄蜂号在6艘舰只的护航下载着杜利特的机组人员和16架B-25B，告别了旧金山的金门大桥，劈波崭浪，向西急驶。
4月14日，大黄蜂号穿过北太平洋风暴区，在阿留申群岛和中途岛之间的一个指定地点同哈尔西的企业号会合，“迈克特遣舰队”-这是任务的代号，在阴沉的海面上向着九州海岸以西400英里的目标海域进发。通告了这次任务的目标后，全体人员欢声雷动。
途中，特遣舰队收到东京电台的这样一则广播：“英国路透社报道，美军三架轰炸机轰炸了东京。这种消息可笑之极。日本国民对这种宣传毫不在意，正沐浴在和煦的阳光和樱花的芬芳中享受春光。”杜立特真想为其更正一下是16架。日本的毫无防备增强了机组人员完成任务的信心。
4月17日下午，“迈克特遣舰队”离起飞点只有二十四小时的水程，仍未被敌人发现、大黄蜂号上的甲板人员对B-25B作了最后检查。每架飞机携带4枚500磅的炸弹，米切尔上校的勋章都系在了炸弹上。炸弹还上写着：“我们不想燃烧世界，只想燃烧东京”。这种写炸弹文学的传统延续至今，送给萨达姆的炸弹上也有。
傍晚，雷达发现了日本海上警戒线最外层的哨艇，舰队改变了航向。4月18日上午七时半之后不久，一艘敌船发现了特遣舰队，它发出的无线电警报被舰队接收到了，几分钟之后，前卫巡洋舰用炮火击沉了这艘小型勤务艇。杜利特和哈尔西决定立即起飞，即使多飞一百英里，也不能让舰队冒险，这绝对是一个正确的决定。虽然日本防线即将处于警戒状态，但日本人不会料到当天就有袭击。
“让杜利特和他勇敢的中队起飞吧。一路平安，上帝保佑！”哈尔西向大黄蜂号发出信号。上午8时，大黄蜂号调头迎风，杜利特紧紧握了一下舰长米切尔上校的手，然后对他的同伙喊道：“好伙计们，就这么着，一起出发吧！”
硕大的大黄蜂号在她所依附的海水中与一片落叶也无甚区别，甲板前后摇晃几乎贴近了海面。B-25的左翼已经伸出大黄蜂的左弦外，杜利特将油门加到了最大，飞机摇摇摆摆地朝强风中冲去，沉重的机身在甲板尽头缓缓抬起，随后每一架飞机离舰，甲板上都发出一阵欢呼。8时24分，16架飞机全部安全起飞。海军摄影师约翰·福特中校和他的摄影组对整个起飞过程进行了拍摄。
“那天上午，风在怒吼，海在咆哮，蔚蓝的海水在航空母舰两侧迸裂出一簇簇浪花，”，哈尔西在其回忆中写到，“吉米率领他的中队起飞了，随后我的值班参谋在旗舰航海日志上写道：改变航向，转弯九十度，立即以每小时二十五海里的速度退出该海区… ”
杜利特率领他的中队向西飞去，每一位飞行员都知道了各自所要轰炸的军事目标、钢厂、飞机厂和电站。机组开玩笑时曾说要通过抛硬币决定谁来将炸弹扔到日本皇宫中，实际上皇宫、医院、学校等均不在轰炸目标之列。即使在后来350架B-29轰炸东京时，皇宫也是绝对的保护区，这也算是对敌方最后的一点尊重，但是他们不知道日本却在中国首都南京留下了至少30万具尸体。
两个小时以后，东京时间12时20分，当杜利特的轰炸机低空掠过东京湾的时候，东京城里的人正在吃午饭，一队巡逻机也没有发出警报，阻御低空飞行飞机的防空袭阻塞气球，刚刚在上午的防空警报演习结束后取下来了，甚至在高空中飞行的九架战斗机也没有发现杜利特。
当天中午，东条英机碰巧视察水户航空学校乘飞机回东京。东条的秘书发现从右方飞来一架双引擎飞机，涂着一个不熟悉的标志，而后猛然醒悟，“美国飞机！”。如果B-25不拆掉机炮的话，还可能为这次任务增加额外的战果。
“继续在郊区上空向正南方向和东京东区中心方向低空飞行。升到一千二百英尺的空中，转向西南方向飞去，向极易起火的地区投下炸弹，”杜立特一面丢下第一颗高爆炸弹，一面如实地记着航空日志。“高射炮火非常猛烈，但只有一架飞机差点被击中。一下降到房顶高度，然后钻进西郊低空的烟雾之中，随后调头向南飞到海上”。警报器再次拉响了。在午餐时间拥挤的街头和公园里，当第一批轰炸机掠过上空的时候，人们不约而同地向头顶望去。人们挥着手，以为是日本空军在作逼真的表演。只有当爆炸震撼着首都，滚滚浓烟升起的时候，他们才知道这是真的轰炸。
在撤退的航空母舰上监听东京广播电台的船员，从播音员声音后面颤悠悠的警报声中，知道了杜利特的飞机已经到达城市上空。在后来的二十分钟里，另外十架美国轰炸机掠过头顶，城市里发生了一连串的爆炸，这十架飞机遇上了大风，和头两架飞机拉开了距离，但是飞机从四面八方飞来，继续制造了混乱。另外三架B-25轰炸机同时到达名古屋、大阪和神户的上空，日本战斗机驾驶员不知所措，好半天弄不清楚袭击是从哪个方向来的，美国轰炸机趁机向东逃往中国海，日本战斗机想追也来不及了。
袭击日本的16架飞机全部脱离目标上空。其中1架受伤飞往海参崴，而后被苏联扣留。其余15架飞机均飞往中国，目标是中国湖南株州机场，但由于黑暗、大雾和缺油，飞机均没有到达目的地。15架飞机散落在中国浙江和江苏，75名机组中，3人在飞机迫降时遇难，8人跳伞在日本占领区而被日本俘虏，其中只由4人在战后幸存。杜立特的降落伞徐徐落在农田里，而后杜立特被中国农民救起，杜立特用生硬的中国话说，“我是在天上打日本的！”，这就足够了。杜立特与其余63名机组人员随后均被中国军民的护送到后方，而后辗转回国。1990年，健在的机组还组织了聚会，并邀请当时保护他们的5名中国老人参加。
除了破坏九十座建筑物和造成几十名平民的死亡以外，这次袭击没有造成多少实际的损失。但是，正如总统所预料的那样，它直接地激发了美国的士气，“杜利特干得漂亮”洛杉矶时报赞扬说。罗斯福为这件事增添了浓厚的神秘色彩，他说，这次进攻是从“香格里拉”发动的。“香格里拉”是詹姆斯·希尔顿的小说《失去的地平线》中的神秘天堂，以此掩盖使用了航空母舰这一事实。
空袭使日本参谋本部颜面尽失，因为没有情报表明美军航母上有双发飞机，所以空袭过后数日内仍不明白是怎么回事。但将一系列的情报联系起来，包括发现美舰队、遭到空袭、在中国发现飞机残骸以及用严刑拷打从俘虏那里得到口供，才明白袭击的发动过程。随后联合舰队立即组织截击迈克特遣舰队。但哈尔西的特遣舰队轻易地躲开了追击的飞机，舰队穿过阴霆雾障飞速航行，几天以后，日本帝国海军放弃了追逐。
不得不说的事：日本联合舰队疯狂追逐哈尔西迈克特混舰队时，美国收集了大量有针对性的电文，这对破译日本的密码了解日本联合舰队的动向很有帮助。从这一点说来，对中途岛打下了良好的基础。
从另一方面，空袭东京有打草惊蛇之嫌－即在实力还弱于对手的情况下，过于直接地刺向了对手痛处。如果中途岛沉没的不是日本联合舰队四艘航母，而是美国的三艘航母的话，那么杜立特之行是负有责任的。
轰炸东京的另一个直接后果，是陆军参谋本部给侵华远征军的一道命令，随后侵华远征军派遣五十二个营讨伐╳控制的浙江省和江苏省。在后来的几个星期中，约有二十五万中国农民被屠杀。十万日本兵在乡村烧、杀、奸、掳，野蛮和凶残不亚于南京大屠杀。这次严厉的报复是要警告╳人不得再与美国的轰炸机合作。从这一点，中国的损失比日本大得多。
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