日本本土空襲
マリアナ基地にいた原爆投下を任務とする第509混成部隊は、1945年7月20日、東京空襲に初めて参加した。目的は、日本人に単機による高空からの一発の爆弾投下に慣れさせるためであった。以降、広島市、京都市、福岡県小倉市(現在の北九州市)は原爆投下目標地のため爆撃を禁止されたが、他は自由に爆撃させた。
1945年8月、広島市と長崎市への原子爆弾投下が実行された。
原爆投下目標の選定については、ルーズベルト大統領死去に伴い昇格したハリー・S・トルーマン大統領が、婦女子の被害を避けるため原爆攻撃目標から東京と京都は除くようヘンリー・スティムソン陸軍長官に指示し、原爆投下目標都市は広島・小倉・新潟・長崎と決定されたとする説、原爆投下作戦命令書を立案した第509混成部隊長ポール・ティベッツ大佐が細目を決める際、第21爆撃集団司令官カーチス・ルメイ中将が「京都は大した軍事的目標ではない。神社みたいなものがいっぱいあるだけだ。それに普通の市民を爆撃してみたって何の役にも立ちはしない―引き合わんよ」と反対して軍事施設の多い広島への投下を支持したためとする説などがある。
京都が大規模空襲を免れた経緯については、文化財保護の目的で作成されたウォーナーリストによって京都の大規模空襲が避けられたという説があるが、実際には初期の段階で原爆投下目標都市として京都が計画されていた上に、小規模ながら西陣地区などの京都空襲も行われており、文化財保護の為に京都を空襲しなかったという説は根拠性が乏しい。
ポツダム宣言受諾後にも既に開始していた空襲は継続され、8月15日の空襲を予告したビラも投下されていたが、玉音放送を妨害しないため15日未明の土崎空襲終了を最後に爆撃は終了した。
5月5日 呉市空襲 広地区海軍工作庁を中心に爆撃。B-29延べ130機が爆撃、広工廠・11航空廠は大半焼失。軍属の死者112名(軍人除く)。民間死者32名。被災者1,000人以上。
5月10日 徳山大空襲 第三海軍燃料廠を狙った空襲。B-29・117機。死者500人以上、負傷者約1000人。
5月31日 台北大空襲 B-24・117機が日本統治時代の台北市を空襲。死者約3000人。
アメリカ陸軍航空軍司令官ヘンリー・アーノルドは中国からのB29の爆撃をやめさせてその部隊をマリアナに合流させ、1945年1月20日、ハンセルの後任としてカーチス・ルメイ少将を司令官に任命した。アーノルドはルメイが中国から行った高い精度の精密爆撃の腕を買い、1944年11月13日の時点でルメイの異動を検討していた。また、ルメイは、中国で作戦中の1944年12月、漢口大空襲でB-29と焼夷弾による大規模な都市空襲を実行して市街地に大損害を与えた経験があった。
ルメイは既にハンセルによって準備、実験された無差別爆撃の方針、戦術を基本的に踏襲したが、ルメイの独創性は進入高度の変更にあった。従来は高度8,500メートルから9,500メートルの昼間爆撃を行っていたが、高度1,500メートルから3,000メートルに変更、理由はジェット気流の影響を受けないこと、エンジン負荷軽減で燃料節約し多くの爆弾を積めること、爆撃が正確に命中すること、火災を密度で合流し大火災にできることであった。しかし低空では敵の迎撃機、対空砲があるため夜間爆撃にした。また機銃、弾薬、機銃手を外し爆弾を200キログラム増やせるようにし、編隊ではなく単機直列に変更、これに乗員は恐怖したが、B29の損害は軽微だった。3月10日の東京大空襲から焼夷弾を集中投下する無差別爆撃が本格的に開始され、耐火性の低い日本の家屋に対し高い威力を発揮した。