8时20分，就在“大黄蜂”号的舰首被太平洋上的巨浪抬起的一刹那，杜立德的座机升上了天空。此时，他们距东京668海里。在最后一架B—25轰炸机起飞后，哈尔西命令第十六特混舰队调转船头返航。
3小时后，以巡航速度超低空向西掠过太平洋的B—25编队在一层薄雾中发现了日本海岸。当美机掠过停泊着的日本渔船桅杆的一刹那，飞行员们都十分担心会遭到地面防空炮火的射击。出乎他们意料的是：渔船上的男女老少正热烈地向美机挥着手。他们把这些飞机当成了自己的飞机。
12时30分，杜立德率领他的飞机到达目标上空。杜立德后来回忆：“当我们飞入日本上空时，还听到日本无线电台正在用英语广播日本人生活的乐趣以及他们如何毫无轰炸的恐怖。正如我们所想到的，这时广播突然停止了，再听时，广播者却是慌慌张张地在讲着日语。那时，我们想，东京恐怕不是一个安全的乐土了。”
飞机迅速地向预定目标超低空飞行，机翼几乎触及树梢。机组人员打开了机腹弹舱门，投弹指示灯红光闪烁，一枚枚重磅*呼啸而下。
此时，在东京市中心的广场上，刚刚结束了一场防空演习的日本老百姓还以为头上的大队飞机是刚才演习的继续。直到东京北部的工厂区传来一阵阵剧烈的爆炸声，浓烟和尘雾笼罩了半个天空，人们才发现，这些飞机的机翼上不是他们看惯了的旭日图案。
当空袭进行时，日本天皇裕仁正在御花园为前方将士采药，以示恩泽。警报初起时，他也以为是演习。当听到爆炸声后，他失去了往日的矜持，大声叫喊起来，一把拉起良子皇后的手躲进樱花林，周身颤抖不止。直到空袭过后卫兵四处寻找，他才惊魂初定。
在轰炸前，美军太平洋战区总司令尼米兹有令在先：“只轰炸军事目标，不准惊动天皇。”正是因为有这道命令，美军飞行员们才强压心头怒火，从皇宫上空飞掠而过。
这次在日本人意想不到的情况下美国的袭击取得了成功，最终除了一架飞机被击落坠海之外，剩下的全部在中国空军和海军的接应下降落在山东威海，就是坠海的那一架飞机也被中国潜艇救回了飞行员！
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