東京大空襲 空襲の経過
5月24日未明にB-29が558機、5月25日の夜間にB-29が498機という、3月10日のミーティングハウス2号を上回る大兵力が仕上げの焼夷弾攻撃に投入された。投下した爆弾はすべて焼夷弾であり、5月23日に3,645トン、5月25日に3,262トンが投下された。これは3月10日に投下された1,665トンの4倍に近い量となった。
1945年（昭和20年）4月13日以降の主要な空襲による東京都の被害状況
ミーティングハウス2号のときより死傷者が格段に少なかったのは、3月10日には警戒警報が解除されたあとに爆撃が開始され、空襲警報の発令が最初の爆弾投下から7分後と遅れたのに対して、4月13日は警戒警報発令が午後10時44分、B-29の爆撃開始が午後10時57分、空襲警報が午後11時と、警戒警報の解除はなかったものの前回に引き続き空襲警報が3分遅れていたが、その後の5月24日は警戒警報発令が午前1時5分、空襲警報が午前1時36分、B-29の爆撃開始が午前1時39分、5月25日は警戒警報発令が午後10時2分、空襲警報が10時22分、B-29の爆撃開始が午後10時38分と、空襲開始前に空襲警報が発令できたことや、疎開が進んだこと、市民が消火より避難を優先するようになったことが挙げられる。東京の人員疎開は1944年3月3日に東條内閣閣議決定した「一般疎開促進要綱」に基づき進められ、1944年2月に6,658,162人であった東京の人口は1945年2月には4,986,600人（1944年2月比75％）まで減少していた。3月10日の焼夷弾攻撃ののち、東京都はさらに疎開を進めることとし、3月13日から4月4日の約1か月で82万人、4月13日の空襲ののちにさらに60万人、5月25日の空襲ののちには77万人を地方に転出させた。そのため、1945年5月の人口は3,286,010人と1944年2月比で半減し、6月には2,537,848人（同39％）まで減っている。それでも残った都民は焼け野原に仮小屋を建てたり防空壕で生活する者もあった。
焼失面積は2日間で合計22.1平方マイル（57.2 km2）に及び、1945年2月19日、2月25日、3月10日の3回の空襲で焼失した16.8平方マイル（43.5 km2）を上回った。そしてこの2日間分を含めた東京の空襲での焼失面積は56.3平方マイル（145.8 km2）となり、緑地や建物がまばらな地域を除いてアメリカ軍が東京市街地として判定していた110.8平方マイル（286.9 km2）の50.8%を焼き払ったこととなった。すでに東京は、名古屋、大阪、横浜、川崎などの主要都市と同様に破壊されつくされたと判定されて、主要爆撃リストの目標から外されることとなった。
1945年5月25日の空襲では、今までアメリカ軍が意図的に攻撃を控えてきた皇居の半蔵門に焼夷弾を誤爆してしまい、門と衛兵舎を破壊した。焼夷弾による火災は表宮殿から奥宮殿に延焼し、消防隊だけでは消火困難であったので、近衛師団も消火にあたったが火の勢いは弱まらず、皇居内の建物の28,520 m2のうち18,239 m2を焼失して4時間後にようやく鎮火した。御文庫附属庫に避難していた昭和天皇と香淳皇后は無事であったが、宮内省の職員ら34名と近衛師団の兵士21名が死亡した。また、この日には鈴木貫太郎首相の首相官邸も焼失し、鈴木は防空壕に避難したが、防空壕から皇居が炎上しているのを確認すると、防空壕の屋根に登って、涙をぬぐいながら炎上する皇居を拝している。また、阿南惟幾陸軍大臣が責任をとって辞職を申し出たが、昭和天皇が慰留したため、思いとどまっている。皇居は1945年7月20日に、原子爆弾投下の演習として全国各地に投下されていたパンプキン爆弾の目標となっている。この日、パンプキン爆弾投下訓練のため東京を飛行していたクロード・イーザリー少佐操縦のストレートフラッシュ号で、副航空機関士ジャック・ビヴァンスの提案により、昭和天皇を殺害するために攻撃が禁止されていた皇居を目標とすることにした。しかし、皇居の上空には雲が立ち込めており、レーダー照準での爆撃となったので、パンプキン爆弾は八重洲口側の皇居の堀に着弾して、死者1人と負傷者62人を出した。日本のラジオ放送で皇居爆撃の事実を知った爆撃団司令部によりイーザリーらは厳しく叱責されたが、原子爆弾投下任務から外されることはなかった。
日本の大都市を破壊しつくしたルメイは、目標を人口10万人から20万人の中小都市58に対する焼夷弾攻撃を行うこととした。この作戦は6月17日に開始されて、鹿児島、大牟田、浜松、四日市、豊橋、福岡、静岡、富山などが目標となり終戦まで続けられた。このころになると日本国民はアメリカ軍のどの兵器よりもB-29を恐れるようになっており、上智大学の神父として日本に在住し、日本人との親交が深かったブルーノ・ビッテルによれば「日本国民の全階層にわたって、敗戦の意識が芽生え始めるようになったのは、B-29の大空襲によってであった」と証言している。戦後にアメリカ軍による戦略爆撃の効果を調査した米国戦略爆撃調査団が、日本の戦争指導者や一般国民に調査したところ、日本が戦争に敗北すると認識した国民の割合については、1944年6月まではわずか国民の2％に過ぎなかったが、1945年3月10日の空襲以降に19％、その後空襲が激化した1945年6月には46％に跳ね上がり、終戦直前に68％となっていた。
5月24日には、前回の東京大空襲と同じ轍を踏むまいと、日本陸海軍の首都防空を担う第10飛行師団と第三〇二海軍航空隊と横浜海軍航空隊が全力で迎撃し、迎撃機の総数は140機にもなった。なかでも飛行第64戦隊（いわゆる「加藤隼戦闘隊」）で中隊長として勇名をはせた黒江保彦少佐が四式戦闘機「疾風」で3機のB-29撃墜を記録するなど、陸軍23機、海軍7機の合計30機の撃墜を報じた。（高射砲隊の戦果も含む）アメリカ軍側の記録でも17機損失、69機損傷と大きな損害を被っている。5月25日には、日本軍の迎撃はさらに激烈となり、日本軍側は47機撃墜を報じ、アメリカ軍側でも26機損失100機損傷とB-29の出撃のなかで最悪の損害を被ることになったが、アメリカ軍が日本軍に撃墜されたと記録しているのは対空火器で撃墜された3機のみで、対空砲と戦闘機の攻撃で大破し硫黄島近辺で放棄された2機と、3月10日と同様に連絡つかずに行方不明となった20機は原因未確認の損失とされて、アメリカ軍の記録上は日本軍の攻撃（Enemy Action）による損失には含まれていない。
しかし、日本軍側によれば、第302海軍航空隊だけで、月光7機、彗星（斜銃装備の夜間戦闘機型）4機、雷電5機、零戦5機が迎撃して、B-29の16機撃墜を報告し、陸軍の高射砲も5月25日の1日だけで、八八式7cm野戦高射砲7,316発、九九式8cm高射砲6,119発、三式12cm高射砲1,041発、合計14,476発の高射砲弾を消費するなど激しい対空砲火を浴びせて、海軍の戦果も合わせてB-29合計47機撃墜を記録しており、日本軍側の戦果記録は過大とは言え、原因未確認の損失の中の大部分は日本軍により撃墜したものと推定される。この日に出撃した航空機関士チェスター・マーシャルによれば、今までの25回の出撃の中で対空砲火がもっとも激しく探照灯との連携も巧みであったとのことで、帰還後に26機が撃墜されたと聞かされたB-29の搭乗員らが恐れをなしたと著書に記述している。
日本軍は探知だけではなく火器管制レーダーについても配備を進めており、大戦初期にシンガポールで鹵獲したイギリス軍のGL Mk.IIレーダー(英)をデッドコピーしたり、ドイツからウルツブルグレーダーの技術供与を受けたりして、「タチ1号」・「タチ2号」・「タチ3号」・「タチ4号」などの電波標定機を開発して本土防空戦に投入している。B-29が作戦変更により夜間の爆撃が増加したため、日本軍は高射砲と探照灯の照準を射撃管制レーダーに頼るようになった。各高射砲陣地には「た号」（タチの略称）が設置されて、レーダーの誘導で射撃する訓練を徹底して行うようになり、6基 - 12基で1群を編成する探照灯陣地にもレーダーもしくは聴音機が設置されて、レーダーや聴音機に制御された探照灯がB-29を照射すると、他の探照灯もそのB-29を照射した。
アメリカ軍は日本軍の射撃管制レーダーがイギリス製のものをもとに開発していることを掴むと、その対抗手段を講じることとし、B-29にジャミング装置を装備した。そしてB-29に搭乗してジャミング装置を操作する特別な訓練を受けた士官を「レイヴン」（ワタリガラス）と呼んだ。東京大空襲以降の作戦変更により、B-29が単縦陣で個別に爆弾を投下するようになると、爆弾を投下しようとするB-29は多数の日本軍火器管制レーダーの焦点となって、機体個別のジャミングでは対応できなくなった。そこで、アメリカ軍はB-29数機をECM機に改造して、専門的にジャミングを行わせることとした。そのB-29には18基にものぼる受信・分析・妨害装置が搭載されたが、機体のあらゆ方向にアンテナが突き出しており、その形状から「ヤマアラシ」と呼ばれることとなった。ヤマアラシは、1回の作戦ごとに10機以上が真っ先に目標に到着して、熟練したレイヴンの操作により電波妨害をして探照灯や高射砲を撹乱、聴音機に対してはエンジンの回転数をずらしてエンジン特性を欺瞞するなど、日本軍防空陣とB-29の間で激しい駆け引きが行われていた。
この東京への2回の爆撃でB-29は今までで最悪の43機を損失、169機が損傷を被るという大きな損害を被った。ルメイは爆撃が甚大な損害を与えているのだから、B-29の損害は当然であると考えていた。しかし、第20空軍司令部ではB-29の損失増加を懸念して対策を講じるように指示してきたので、ルメイは5月29日の横浜への大規模焼夷弾攻撃（横浜大空襲）のさいには、B-29の454機に硫黄島に展開するP-51D101機を護衛につけた。次いで6月1日のB-29の454機による神戸と大阪の大規模焼夷弾攻撃にもP-51の護衛を出撃させたが、離陸直後に暴風圏にぶつかって、P-51が一度に27機も墜落している。編隊で計器飛行ができないP-51に対しては、B-29が航法誘導する必要があり、ルメイは護衛戦闘機は足手まといぐらいに考えていた。B-29は搭載している防御火器で日本軍機に十分対抗できるため、狭い硫黄島の飛行場に多くの戦闘機を置くのは勿体なく、戦闘機を減らして、B-29を配置すべきとも考えていたが、P-51の護衛により、それまでB-29迎撃の主力であった陸軍「屠龍」海軍「月光」などの運動性能が低い双発戦闘機は使用できなくなり、単発戦闘機の迎撃も一段と困難になってしまった。さらに、P-51がB-29の護衛として多数飛来する頃には、大本営は敵本土上陸部隊への全機特攻戦法への航空機確保が優先し防空戦闘を局限する方針をとっている。具体的な運用としては、損害が増大する敵小型機（戦闘機）への迎撃は原則抑制したため、B-29への戦闘機による迎撃はB-29にP-51の護衛がなく有利な状況の時に限る方針となり日本軍機の迎撃は極めて低調で、日本軍戦闘機からのB-29の損害は激減している。それでも、アメリカ陸軍航空軍の統計によれば、B-29の太平洋戦争（大東亜戦争）における延べ出撃数に対する戦闘損失率は1.32%とされているが、東京に対する空襲においては損失率が跳ね上がり3.3%となっており、首都圏で日本軍は奮戦していた。一方で、同じ枢軸国ドイツの首都ベルリン空襲におけるアメリカ軍とイギリス軍爆撃機の損失率は6.6%と東京空襲の2倍の損失率で、B-29の高性能さと日本軍の防空戦闘能力の脆弱さを如実に表しており、もはや日本軍にB-29を押しとどめる力は残っていないことが明らかになった。