东京大轰炸，是第二次世界大战期间美国陆军航空队对日本东京进行的一系列大规模战略轰炸，主要指1945年3月10日、5月25日两次轰炸。由于指挥轰炸的美军指挥官是柯蒂斯·李梅，因而又称“李梅火攻”。
早在1941年的珍珠港事件后，美国曾派出16架B-25轰炸机袭击日本的东京、横滨、名古屋和神户的油库、工厂和军事设施。但这次攻击主要是象征性的任务。而且在将近两年多的时间里美军都没有条件组织对日本本土的战略轰炸。
首次来自日本南方的袭击是1944年的11月24日，美军派出88架轰炸机空袭东京，意欲进行一次白天的精准轰炸。飞机在10,000米高空投弹，结果只有约30架飞机找到了轰炸目标，约10命中预定目标，只有一个飞机制造厂被轻度破坏。
美军在欧洲曾使用日间精确轰炸战术，但因日本的天气并不适合此战术。另外日本与德国的军事工业完全不同，日本的军事工业主要由散布在居民区的小作坊生产零部件和预制件，然后送到大工厂进行组装。日间高空精确轰炸根本无法摧毁星罗棋布的小作坊，也就无法有效地打击日本的军事工业。所以美军决定在夜间进行地毯式燃烧弹轰炸，派出轰炸机在1,500-2000米的高度轰炸日本的大城市。
重新评估局势后，李梅想出了一个重大战术变化。他决定在以后的任务中，拆除轰炸机上所有的枪炮炮塔以及弹药，只留下飞机尾部的机枪手，以减轻B-29的重量并携带更多的燃烧弹。并在5000-6000英尺的低空开展夜间轰炸，以引发大火来震撼日本国民，破坏散布在居民区的生产零部件和预制件的小作坊，以达到彻底瘫痪日本军事工业的目的。为避免不必要的伤亡，空袭时各轰炸机单独轰炸而不进行编队。由前面的轰炸引导机首先投弹，引入目标区。该计划使已经习惯了安全高空投弹方式的轰炸机组人员疑虑重重。
李梅做出上述战术变化的原因是发现日军夜间防空装备不足。而且李梅决定延后将计划呈送华盛顿的时间，由自己承担这次作战任务的全部责任。
1945年3月9日夜间，334架B-29从马利亚纳群岛的关岛出发直扑东京，每架飞机携带六至八吨燃烧弹，燃烧面积可达6500平方米。
24时15分，两架导航机到达东京上空，在预定目标区下町地区投下照明弹，接着投下燃烧弹，为后续飞机指示目标。随后大批轰炸机以单机飞行依次进入目标区域投掷燃烧弹，火势迅速蔓延。轰炸持续2小时，共投下2000余吨燃烧弹。空袭中有9架B-29被击落，5架负重伤并在海面迫降，42架受伤但和其余轰炸机安全返回了基地。
轰炸造成的大火形成的灼热气浪与冷空气形成强劲对流风，造成了火旋风。其产生的高温足以使市区内所有可燃物包括人体烧着。轰炸使日本皇宫以东地区近41平方千米的建筑被焚毁，约为东京面积的四分之一。其中18是工业区，63是商业区，其余是住宅区。计划中的22个工业目标全部被摧毁，26万7千多幢建筑付之一炬，793人被烧死，10万人被烧成重伤，100万人无家可归。
1945年3月9日至10日的轰炸可能是人类历史上最具破坏性的非核武空袭，破坏力可以和后来的原子弹爆炸相比。大火之后日本政府花了25天才将烧焦的尸体清理完毕。
火攻东京后不到30小时，317架B-29轰炸机又夜袭名古屋，使该市的飞机制造中心化成一片火海。3月13日，日本第二大城市大阪也遭到了300架B-29的轰炸，1700吨燃烧弹倾泻而下，约207平方千米的市区在3小时内被焚毁。3月16日，美军又轰炸神户，将其造船中心摧毁。美军于四、五、六月又大举空袭日本其它各大中小城市。
1945年5月9日夜间，300多架B-29轰炸机再次光临东京，每架携带6吨燃烧弹，低空沿东京东隅田河飞行，轮番轰击两个半小时，将炸弹全部投在居民密集区，56平方公里范围内一切皆化为灰烬。飞机在250公里外的太平洋上都可以看到冲天的火光。有几处大火持续燃烧了4天才慢慢熄灭。轰炸使几万人因空气中氧气被燃烧耗尽而窒息死亡，尤其是地势低的地方最为惨重。着火、缺氧者争相跳入河中求生，结果隅田河上漂满如木炭一样黑漆漆的尸体。轰炸时人们争相躲入坚固的明治座剧院，结果院内窒息而死的尸体相互堆叠有2米之高。
此时日本本土空防力量已被摧毁，美国飞机如入无人之境。再加上留守东京的政府医务人员仅有9名医生和11名护士，完全丧失了救护能力。
1945年5月26日，500架B-29再次光临东京，在北部、西部居民区投下4000吨燃烧弹。大火自天而降，高楼陷入一片火海。从此东京成了“死城”，再也没有多少好房子和健康的人可炸了，从而失去了轰炸的价值。
1945年3月10日以后，李梅又指挥B-29轰炸机部队对名古屋、大阪、神户等大城市进行了持续达3个月之久的燃烧弹轰炸，使其遭到毁灭性破坏。6月中旬，李梅又将轰炸范围扩大到日本其它中小城市和交通线。烈火燃遍了整个日本列岛。
1944年11月至1945年8月，美国陆军航空队对日本98座城市实行战略轰炸，共出动B-29轰炸机33万架次，投弹16万吨，炸死23万人，炸伤35万人，全日本24的房屋变成废墟，1600架飞机被摧毁，1650艘舰船被击沉或击伤。
东京是受常规炸弹破坏最严重的城市，也是世界上受常规轰炸死亡最多的城市。仅1945年的三次轰炸就死亡14万人，全城50以上的房屋被焚毁，100多万人无家可归。美军的战略轰炸造成的伤亡比后来的原子弹攻击还要多。
轰炸东京及其它城市使日本战时经济陷入瘫痪。美军轰炸过程中许多东京市民逃离出城。李梅派美机投下警告传单，通知下一步轰炸的目标，使他们更加恐惧。仅东京就有上百万人逃往农村，工厂工人的出勤率不到从前的一半。
据日本官员说，轰炸使工业“生产严重受损”。日本首相近卫文麿也曾指出，东京大轰炸使日本开始考虑停战。1945年夏，日本败局已定，但日本在冲绳等地的疯狂抵抗导致了大量盟军官兵伤亡。当时美军已经制定了在九州和关东地区登陆的“冠冕”行动和“奥林匹克”行动计划，出于对盟军官兵生命的保护，尽快迫使日本投降，并以此抑制苏联，美国总统杜鲁门和军方高层人员决定在日本投掷原子弹以加速战争进程。
1945年，第二次世界大战已近尾声，德国法西斯于5月8日无条件投降，7月26日，美国、英国和中国三国发表《波茨坦公告》，敦促日本迅速无条件投降，但日本政府置之不理。1945年8月9日，美军出动B-29轰炸机将代号为“胖子”的原子弹投到日本长崎市。长崎市约60的建筑物被毁，死亡74万人，约占全市总人口的37。8月15日，日本宣布无条件投降，9月2日签署投降书。第二次世界大战至此结束。
1944年底，美国海军陆战队经过浴血苦战，付出重大的代价，攻陷塞班岛。美军全面占领了马里亚纳群岛，意义非同一般，这里距东京两千多公里，致使美国第一次能够从海岛基地空袭日本本土。提尼安岛、塞班岛共有800多架B-29型轰炸机。它们一次能携带几吨炸弹，飞行两千多公里，轰炸东京、佐世保、名古屋，神户、横须贺，几十个轮次下来，日本65个城市已几乎没有完整的建筑物。与此同时，在美国犹他州门多奥维空军基地，也有一批B-29型轰炸机飞行员在接受一项特殊训练。这批飞行员是从各个飞行部队严格筛选出来的，他们除了知道将来的某一天要到海外执行任务外，其他一概不准过问，他们的组织代号为“509小组”。这个使用的B-29型轰炸机已经过改装，为了使飞机更快更灵活，所有重武器均被拆除。他们的训练课目十分单调：可载10吨炸弹的弹舱每次只装1颗炸弹，但投掷这颗炸弹时，炸弹飞行距离要超过9000米，弹着点距目标须在300米之内。
1945年4月12日，罗斯福总统于白宫突然昏迷，并于当天下午去世。当天晚上，副总统哈里·S·杜鲁门宣誓就职，继任美国总统。典礼只进行了一分钟。就在这个晚上，陆军部长告诉新总统一件他从来没有听说过的事情——几年前，罗斯福总统接受了著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦的一项建议，决定开始研制一种威力空前巨大的新式武器。英美有关科学家被组织起来，在散布于全国的实验室进行工作；有10万以上的人在全国各地极端紧张地工作。计划保持绝对的机密，除了极少数人以外，从事这一工作的所有人都不知道他们的研究将被用于哪里，也不知道他们生产的产品是做什么用的。这个能终结整场战争的武器在后4个月内就会被研制出来，它叫原子弹。
1945年2月，盟军发动硫磺岛战役，在付出6871人阵亡、21865人受伤的沉重代价后，美军占领了硫磺岛。1945年4月，盟军发动冲绳战役，盟军伤亡7万余人。此时，美军已经制订了在日本九州登陆的“冠冕”行动和在关东登陆的“奥林匹克”行动计划。硫磺岛和冲绳战役的结果使得美军对日军的抵抗能力和己方可能的伤亡重新做出评估。预计盟军方面伤亡在100万人以上，这是盟军难以承受的。
为减少盟军伤亡，加速战争进程，迫使日本投降，并抑制苏联在远东的扩张，美国总统杜鲁门决定在日本东京在内的六个城市（东京、京都、新潟、小仓、广岛、长崎）投掷原子弹。京都是日本的文化古都，出于战后对日本统治的政治需要被排除；东京此前受到过多次轰炸，不容易评定原子弹效果；新潟是日本重要的铝制品生产基地，但距离过远；小仓是日本九州的重要工业基地，但投掷当天气象条件不佳；经过考虑，美军把核攻击目标选定为日本的广岛和长崎。广岛是日本的陆军之城，是日本防卫本土的第二总军司令部所在地，所有前往中国、朝鲜、东南亚、南洋诸岛的日本陆军均从广岛起航。长崎则是日本工业特别是造船业的重要基地。
1945年7月26日，美国、英国和中华民国发表了《波茨坦公告》，敦促日本投降。7月28日，日本政府拒绝接受《波茨坦公告》。出于军事和政治的原因，美国政府便按照原定计划，对日本使用原子弹，根据计划，美军将根据天气情况确定轰炸地点：京都、新潟、广岛、小仓，长崎是后来才加上去的。
广岛，与其在半个多世纪中拼命向世界表现的“和平之城”形象不同，当时是一座陆军之城。它是日本本土防卫军第二总军的司令部所在地，也是中国军管区所在地。在广岛市南面的宇品港，一代又一代的日本军队，在“爱好和平、反对战争”的市民夹道欢送下，登上运兵船，前往鸭绿江与清军作战，前往奉天与俄军作战，前去吞并朝鲜，前去占领中国东北地区，前往卢沟桥，前往哈尔滨平房，前往南京、武汉、平顶山、桂河大桥广岛附近还有著名的吴海军工厂，拥有日本一流的海军造船厂。
长崎是日本最重要的造船基地之一。小仓则是日本北九州地区的兵器工业城市。其他备选目标：新潟也是兵器工业城，还是化学工业城。京都在前期的大轰炸中被美军故意遗忘，积累了大量从周边迁移过来的兵工厂和居民。东京则是日本政治、经济中心。
1945年8月6日早晨8时整，3架B-29美机又从高空进入广岛上空。这时很多广岛市民并未进入防空洞，而是在仰望美机。在此以前，B-29已连续数天飞临日本领空进行训练，但这一次的3架飞机中，有一架已经装上了一颗5吨重的原子弹。此时正奉命来轰炸广岛。
9点14分17秒（东京时间8点14分17秒），一架装载着原子弹的B-29(44-86292)上的视准仪对准了广岛一座桥的正中时，自动投弹装置被启动了。60秒钟后，原子弹从打开的舱门落入空中。这时飞机作了一个155°的转弯，俯冲下来；一瞬间，飞行高度下降了300多米。这样做是为了尽量远离爆炸地点。45秒钟后，原子弹在离地600米空中爆炸（具体地点为日本广岛相生桥以西100米的岛病院上空600米处），立即发出令人眼花目眩的强烈的白色闪光，广岛市中心上空随即发生震耳欲聋的大爆炸。顷刻之间，城市突然卷起巨大的蘑菇状烟云，接着便竖起几百根火柱，广岛市马上沦为焦热的火海。
1945年6月21日，美军攻陷冲绳。美军虽然胜利，但为期82天的战役造成了48000余人的损失（如加上非战斗减员，总伤亡人数超过7万人）。日本出动2550架次“神风”自杀飞机，击沉美国军舰26艘，伤164艘，受到重创的军舰甚至包括美国王牌航空母舰企业号。
6月底，日本军方于东京制定了“在日本决战”的方针。经过塞班岛、硫黄岛、冲绳岛战役之后，日本军阀们底气倒足了。他们手上还掌握着几百万陆军，有所谓“宁为玉碎”的决心，准备打几年，打出个体面的结局。同样是经过塞班、硫黄、冲绳之战后，美国军方心里倒有点发毛。这几次战役全打胜了，但付出的代价之高，是他们始料不及的。照这个样子进攻日本本土，很难说会付出多大代价。在他们这时制定的计划中，战争要拖延下去，1946年春季以后才进攻日本主要岛屿本州。当然，他们认为，也有缩短战争的可能，他们还有一张牌没打出去，这就是“509小组”。这段时间以来，“509小组”与提尼安岛基地的其他B-29型轰炸机一样，参加对日本各城市的空袭。所不同的只是，他们还是每次只携带一颗炸弹，每次投弹都要求保持一定高度；与以前的训练课目一样，要求弹着点准确，并在视力范围内爆炸。经过实战，他们的这项技术已大为提高，并且熟悉了复杂气象条件下的飞行。这时，全组只有一个人知道为什么要反复演练这个动作，他就是带队的蒂贝斯上校。美国第一颗作战原子弹被分成四个部分，由三架飞机和一艘巡洋舰分别运到提尼安岛，并在这里被组装起来。它将由一架序号为82号的B-29型轰炸机投掷。据美国方面事后报道，在投掷原子弹之前的很短时间内，或是心理上的原因，或是什么其他原因，训练有素的“509小组”接二连三出事故，接连有4架B-29型轰炸机在起降过程中损坏或完全报废。
1945年8月5日，蒂贝斯上校召集“509小组”全体人员开会，这是一次交底会。他第一次宣布，“509小组”之所以训练10个月，是为了在日本投掷一颗炸弹，但它不是一颗普通炸弹，而是相当于两万吨TNT能量的原子弹。44-86292号B-29型轰炸机将由蒂贝斯上校担任正驾驶，原来的正驾驶罗伯特·刘易斯为副驾驶。机组人员中无一人了解原子弹的构造，技术专家柏森斯上校奉命随机飞行，一旦没有完成任务且被捕，柏森斯应立即自尽。原子弹被装上82号机。随82号机一同行动的还有五架B-29型轰炸机，其中两架负责侦察，三架随时报告天气情况。然后根据天气情况确定轰炸地点——广岛、长崎或小仓。
8月6日凌晨2时40分，“509小组”准备起飞，82号机临时命名为“依诺阿盖依”号，这是蒂贝斯的母亲的名字。飞机滑出了跑道，升空。柏森斯上校爬入弹舱，打开原子弹的保险装置，装上引爆器。从装上引爆装置那一刻起，用丘吉尔事后的话来说，82号机上装了一个“愤怒的基督”，再过几个小时，他就要降临人世了。7时，天空一片晴朗。7时30分，为投弹做准备。因此可以确定把原子弹扔到哪儿了，广岛和长崎相距不远，前者在本州岛的西部，后者在九州岛西北。目标：广岛。7时35分，伴随“依诺阿盖依”号的两架“509小组”飞机迅速离开。8时正，“依诺阿盖依”号机组人员戴上了厚厚的墨镜，这是为了防止强光灼伤眼睛。8时16分，原子弹被投出弹舱。这一天，全广岛的钟表都停止在8时16分。原子弹在离地面600米处爆炸。在闪光、声波和蘑菇状烟云之后，火海和浓烟笼罩了全城，在方圆14平方公里内有6万幢房屋被摧毁。
原子弹爆炸的强烈光波，使成千上万人双目失明；6千多度的高温，把一切都化为灰烬；放射雨使一些人在以后20年中缓慢地走向死亡；冲击波形成的狂风，又把所有的建筑物摧毁殆尽。处在爆心极点影响下的人和物，像原子分离那样分崩离析。离中心远一点的地方，可以看到在一霎那间被烧毁的男人和女人及儿童的残骸。更远一些的地方，有些人虽侥幸还活着，但不是被严重烧伤，就是双目被烧成两个窟窿。在16公里以外的地方，人们仍然可以感到闷热的气流。
但是，广岛的事件并未使日本立即同意接受波茨坦公告，即无条件投降。他们竭力掩盖广岛事实真相，对外宣称是有一枚陨石陨落在广岛市。并认为美军只有一颗原子弹，还把希望寄托在苏联的调停上。
但1945年，日本从苏联领导人那里得到的回答是：因为日本仍在继续着战争，拒绝接受《波茨坦公告》，所以，日本政府请求苏联调停的建议已失去一切根据。苏联政府遵守对联合国的义务，接受国联的要求，宣布从8月9日起对日宣战。就在苏联出兵这天的上午11时30分，美国又在日本长崎投下第二颗原子弹。长崎全城27万人，当日便死去6万余人，从而加速了日本无条件投降。