Pesawat B-29 menjatuhkan bom magnesium dan napalm di atas daerah permukiman padat penduduk di sepanjang Sungai Sumida di timur Tokyo. Lautan api tersebut dengan cepat menelan bangunan kayu dan mengubah oksigen dengan gas mematikan, memanaskan atmosfer, sekaligus menyebabkan angin topan di seluruh kota.
Tercatat, sekitar 100.000 orang tewas akibat keracunan karbon monoksida dan kekurangan oksigen. Sementara yang lainnya, ada yang meninggal karena tertelan badai api - termasuk yang berusaha mencari perlindungan di Sungai Sumida namun ternyata terebus hidup-hidup - dan terinjak-injak sampai mati karena terburu-buru menghindari kota yang terbakar.
Akibat serangan tersebut, 10 mil persegi timur Tokyo lenyap dan sekitar 250.000 bangunan hancur. Selama sembilan hari berikutnya, pembom Amerika menerbangkan misi serupa ke Kota Nagoya, Osaka, dan Kobe.
Pada bulan Agustus, serangan atom AS diarahkan ke kota Hiroshima dan Nagasaki hingga memaksa Jepang menyerah.
Amerika memutuskan mengubah taktik perang melawan Jepang menjadi misi pengeboman sejak beberapa bulan terakhir. Hal ini dilakukan sebagai upaya mematahkan semangat moral Jepang hingga membuat mereka menyerah.
Peristiwa ini merupakan operasi pengeboman besar pertama yang dilakukan Amerika terhadap Jepang.