晋察冀反扫荡作战进行的如火如荼，李振华在蒙山等得心急火燎，终于10月10日双十节那天，李振华等到了延安总部命令，杜立特轰炸机群将于3天后轰炸日本本土，总部让山东军区做好一切准备。从电报中李振华得知此次参与轰炸的B24有87架，他对这个规模很满意。
在西安机场的杜立特不是很满意，他寄以厚望的凝固汽油弹数量不足，只有50余吨，军方采购部门要求杜立特轰炸机群机组人员轰炸后拍照，以便后方评估凝固汽油弹的破坏威力，这影响到军方以后采购的规模。但事已至此，杜立特已无办法改变，他将装载凝固汽油弹的轰炸机编组在一起，集中轰炸一个目标，以利于观察凝固汽油弹的爆炸威力。
此次机群轰炸的目标有5个：东京及京滨工业区，大阪及阪神工业区，名古屋工业区，广岛、长崎。轰炸针对的都是工业目标，着重打击日本本土工业制造能力。这次有幸分配到凝固汽油弹的城市是大板及板神工业区。
轰炸机群趁着月色按计划于13日凌晨3点分批次抵达沂蒙机场，战士们熟练地分批次为轰炸机加油，加油使用的十套设备，还是轰炸机趁轰炸之余，偷运到沂蒙机场的，有了这些设备，轰炸机很快加好了油，一架一架轰炸机依次起飞，向日本本土飞去。等轰炸机机全部飞走了，战士们顾不上劳累，还要赶紧对机场进行伪装。
天亮后，轰炸机群出现在日本以东太平洋上空，重新集中编组后，同时扑向目标各地。日本各地响起凄厉的防空警报声，时隔9个月，日本本土再次遭到轰炸。刚刚上班的人们，紧急跑出工厂、大楼、房屋，向防空洞奔去。轰炸机飞临日本各目标上空，一颗颗航弹像下蛋一样扔下来，总计130多吨的炸药倾泄到了日本各工业区，爆炸声四起，火光冲天。
日本各地的防空武器开火了，高射炮弹在轰炸机的周边爆炸，形成一朵朵黑雾。轰炸机紧急避让，轰炸完后加速向西往日本海方向飞去。轰炸机来得太快，走的也快，很快就脱离日本本土上空，进入日本海空域。日军零式、一式、二式战机紧急升空，拦截B24轰炸机，双方在空中展开激战，可惜的是三款战机所载12.7mm机枪对B24轰炸机威胁不大，被寄以厚望的空高截击机二式战机同样如此。日军战机为追求航速、航程、机动性，机体结构较轻、强度较差，不能安装大口径武器，大口径武器的后坐力都能把飞机震散。反而是B24轰炸机自卫火力对这三款战机形成致命威胁。打急眼的日军飞机向B24轰炸机发动自杀式撞击，有二架B24被撞坠毁，掉进了日本海，有两个侥幸跳伞的机组人员在空中被打急眼的日军射杀。
日本本土5处主要工业区遭到重创，特别是大阪及阪神工业区，这里主要集中的是机械制造、金属工业、纺织工业。到处陷入了一片火海，根本无法扑灭，凝固汽油弹产生的高温，生生把爆炸中心的一条小河里水加热到沸腾。厂房倒塌、机器设备都被熔化，来不及跑出工厂的工人就更不用说了，死状相当凄惨。阪神工业区没有三、四个月的时间根本得不到恢复。
轰炸机群向西穿过朝鲜上空进入黄海，日军驻朝鲜、伪满的航空队升空拦截，但没有起到有效拦截作用。机群一路向西直奔西安，西安机场中美联合航空队升空警戒，为机群护航，大多数B24轰炸机安全降落了下来。有三架被高射炮击伤的轰炸机迫降时爆炸，还有三架受伤轰炸机机组人员跳伞，放弃了迫降，飞机坠毁。