太平洋战争爆发以来，除了中国军队在第三次长沙会战中给日军以重创外，英、美盟军在太平洋战场可谓是连战皆败。
其诸多名将如麦克阿瑟、亚历山大等，此时还只能作为日军的手下败将，让寺内寿一、山下奉文、本间雅晴这些战争狂人成就大名。
1941年12月21日在白宫召开的参谋总长联席会议上，美国总统富兰克林·罗斯福向与会成员指示:
军队应尽快组织针对日本的报复性打击。
当时，美国陆军航空队的双引擎轰炸机由于航距所限，不足以飞到日本本土，而海军的舰载轰炸机都是单引擎的，作战范围小，海军的航空母舰又不能在没有制海权的情况下游弋到日本近海。
空袭东京的想法由当时负责《反潜法案》的海军参谋次长——弗兰西斯·罗尔上校执行。他曾经几番视察位于弗吉尼亚州诺福克的海军机场，发现那里的跑道涂上了航空母舰甲板上的图案，用作飞机着舰训练。
1942年1月10日，弗兰西斯·罗尔向时任美国海军舰队总司令兼海军作战部长厄内斯特·金汇报了这一发现。他认为:
只要加以训练，双引擎的陆基轰炸机完全能够从航母甲板上起飞。
金对罗尔的观点表示同意，遂任命本已退役的美国陆军航空兵中校詹姆斯·哈罗德·杜立特负责策划方案并带领行动。
杜立特退役之后，从事民用飞行事业，是当时著名的飞行员和航空工程师。
按照要求，执行空袭的轰炸机至少能携带一枚重达2000磅（910公斤）的炸弹，续航2400海里（4400公里），在当时所有的飞机中，最终选中了北美航空公司生产的B-25B米切尔轰炸机。
军方也曾考虑过B-26“劫掠者”、B-18“波洛”和B-23“龙”这三款轰炸机，但是，因各种理由未予使用。
B-26轰炸机起飞时的最短滑行距离超过了航母甲板；而B-23的机翼宽度比B-25大了近一半，占地太大，若带上航母，不仅作战飞机数量要削减，更有可能撞上舰岛。
几番斟酌后，杜立特选择了B-18轰炸机和B-25轰炸机。但是不久，B-18轰炸机也因机翼太宽被淘汰。
不过，杜立特有点担心，因为B-25轰炸机属于新款战机，还未曾参与过实战。之后，B-25经过测试显示其足以满足此次空袭的要求。
随后，杜立特首次汇报方案，计划空袭结束后，飞机飞往前苏联海参崴，这样航程就可缩短600海里（1000公里），依据租赁法案，着陆之后这些轰炸机可暂时移交给苏联，机组人员就可返回美国。
为此，白宫派人前往苏联密谈，可是无果而终。原因在于苏联为避免陷入两线作战的窘境，在1941年4月同日本签订了《苏日中立条约》，斯大林不想拿同美军合作来得罪日本。
白宫认为，即便苏联同意降落，机组人员也有被移交给日方的危险。因此降落苏联的方案遭到否决。
紧接着，方案确定使用B-25轰炸机之后，两架B-25搬上了停泊在弗吉尼亚州诺福克的大黄蜂号航母甲板，于1942年2月3日毫不费力地从航母上成功起飞。
于是，空袭计划因此迅速得到了批准，第17中型轰炸机大队前往诺福克，开始从中征募志愿者。
第17大队隶属于陆军航空兵第8轰炸机军团，1941年9月，该大队的全部4个中队均已配备了B-25，而且机组人员经验也最为丰富。
此前，第17大队一度在俄勒冈州尤马蒂拉县彭德尔顿执行反潜巡逻任务。接到命令后，大队跨越整个美国迅速机动至位于南卡罗来纳州哥伦比亚的列克星敦县陆军航空兵基地。
对外宣称，他们将负责美国东海岸的反潜巡逻，实际则是为空袭日本作准备。
2月9日，该大队正式迁移至哥伦比亚，作战人员被告知他们有机会参加一项极为危险的任务，愿意参加者自愿报名。
出于保密方面的考虑，对大队任何官兵都没有透露任务内容。17日，第17大队脱离陆军航空兵第8轰炸机军团序列。
在空袭初期方案中，需要20架轰炸机，杜立特从第17大队挑选了24架B-25B米切尔轰炸机，将其运抵中部大陆航空公司位于明尼苏达州明尼阿波利斯的改造中心，进行大规模改装。
具体的改装包括：
一、拆除机腹炮塔中的机枪；
二、考虑到可能会遇到比较寒冷的天气，在机翼前端和机尾安装除冰器，防止燃油冻结；
三、在顶部机枪周围加装通风钢板；
四、为防止飞机方位暴露，行动全程无线电静默，无线电收发器没有用处，予以拆除；
五、在投弹舱加装副油箱，最初使用265加仑钢制油箱，由于漏油严重而改为225加仑橡皮油箱。在投弹舱上方加装160加仑的折叠式橡皮油箱，用完里面的油料后，可以将其压瘪折叠；
六、在机腹炮塔里安装110加仑的金属副油箱，使B-25的总燃油载重从原先的646加仑提高到1141加仑；
七、考虑到一旦抵达中国上空尚需时间寻找可供降落的机场，燃油仍需多带一些。所以，在飞机尾部的无线电员座舱再装一个60加仑和十个5加仑的小油箱。
要求机枪手在飞行过程中，不断将小油箱里的油料加注到炮塔副油箱里，然后在小油箱上钻上孔，再扔出飞机，使小油箱能很快沉入大海，不给日军留下任何追踪机群的痕迹；
八、改进炸弹舱的炸弹挂钩，使之能够在加装了副油箱的狭小空间里，安装两枚227公斤的爆破弹和一枚454公斤的燃烧弹，燃烧弹为子母弹，内有128枚3千克子燃烧弹；
九、考虑到尾部炮塔的双管12.7毫米机枪性能并不可靠，时常出现卡壳，决定卸掉尾部机枪以减轻飞机载荷。
为了保护飞机不至于受到来自后方的攻击，在机尾安装了两根涂成黑色的木棍，模拟机枪枪管，这种“稻草人”机枪在实战中还颇有效果，日军飞行员远远看去，难辩真假，倒也不敢轻易从后面发动攻击；
十、卸下诺登投弹瞄准器，代之以查尔斯·罗斯·格里宁陆军上尉发明的代用瞄准器。
诺登瞄准器在当时还属于尖端科技，考虑到飞机迫降敌占区的风险，很可能会落入日军手中，因此予以拆除。
而格里宁发明的代用品非常廉价，材料仅价值20美分。由于成像色彩度不高，被同行们起了个绰号—“马克·吐温”。
马克·吐温的眼睛患有色盲症，大家拿来嘲讽成像色彩度不高的瞄准器；
十一、为了减少重量和避免起火，卸下照明弹，只在有装甲保护的飞行员座位后留了两发，供夜间着陆时使用；
十二、改装的24架轰炸机中，在两架上安装摄影机随行抓拍轰炸效果。
与此同时，飞机机组人员全部征集完毕，前往改造中心所在地明尼阿波利斯，3月1日，他们陆续驾驶改装好的24架B-25B飞往佛罗里达州的埃格林机场（现埃格林空军基地），接受为期三周的高强度训练。
杜立特将第8空军基地1号辅助机场的滑行跑道涂装成航母甲板，驾驶B-25B模拟起飞，并进行低空飞行、夜航、低空投弹和水上导航训练，美国海军彭沙科拉航空站的亨利·米勒海军中尉进行监督，后者的努力博得了杜立特赏识，被认为功不可没。
杜立特中校在任务总结报告中提到，尽管训练的三周里出现的雨雾天气一度使训练变得不可能，但小组还是克服困难，达成了预期目标。
训练期间，一架B-25B在起飞时发生事故，严重受损。另有一架则在滑行时前轮发生振动，两机均因无法及时修复，被杜立特放弃。
1942年3月25日，剩下的22架B-25B轰炸机从埃格林机场起飞，抵达加利福尼亚州麦克莱伦机场（现麦克莱伦空军基地）。
两天后，他们飞往萨克拉门托飞机补给站进行最终的调整。3月31日，总共16架确定参加任务的B-25轰炸机陆续飞往加州海军阿拉米达航空站。
随后，航母大黄蜂号也抵达这里，15架执行投弹任务的轰炸机率先搬上航母。
但在第16架B-25的登船问题上，海军方面担心甲板上容纳不下，一直阻挠。杜立特团队与海军方面持续商谈，直到航母将要出发前的最后一刻，海军才同意放行，第16架B-25终于挤上大黄蜂号甲板，参与空袭行动。
由于整个行动始终采取高度保密措施，参与行动的所有成员直到从旧金山出发之后，才被告知此次任务的内容。
4月1日，每架5名机组成员加上地勤维护人员，总计71名文职和130名作战人员，在阿拉米达登上了大黄蜂号。
每架B-25配备了4枚特别定制的500磅（225公斤）炸弹，3枚填装高爆炸药，1枚为子母燃烧弹。
这种燃烧弹呈长条棒状，上百根捆绑在一起挂入投弹舱。在投出机舱后，会分散开来，大面积燃烧目标。
行动出发后，由全体作战人员合影留念时，杜立特中校颇具深意地在5枚炸弹的尾翼系上了日本的“友好”奖章——都是在战前由日本政府授予美军官兵的奖章。
他非常明白地告诉大家，用炸弹顺路帮个忙，让这些个虚伪的奖章统统滚回老家。摄影师真实地记录下了这一场景，成了太平洋战争史上最为著名的珍贵照片之一。
图片来自网络
在轰炸机的防护方面，由于战斗机航程短无法提供护航，只能仰赖机舱上方的两挺12.7毫米口径机枪和头部的一挺7.62毫米口径机枪，机腹和尾部的机枪均已拆除。
在大黄蜂号上，所有16架飞机按照实际起飞的顺序簇拥着排列在甲板之上，其本身舰载机只能存入甲板下的机库。
大黄蜂号上的壮行，全体成员合影留念 图片来自网络
4月2日上午10时，大黄蜂带领第18机动舰队驶离阿拉米达。数天后，他们与大名鼎鼎的“蛮牛”威廉·哈尔西中将指挥、以企业号航母为核心的第16机动舰队在夏威夷以北海域与第18机动舰队会合。
企业号上的战斗机和巡逻机为大黄蜂号和整个舰队提供空中保护，这支特混舰队包括：
两艘航母、三艘重型巡洋舰、一艘轻巡洋舰、八艘驱逐舰和两艘补给舰。
第16与第18机动舰队会合后一并向西航行，全程无线电静默。17日下午，补给舰为舰队补充完燃油之后，与8艘驱逐舰向东后撤，航母和巡洋舰继续向西，以20节的速度朝日军控制的海域快步前进，在那里，16架B-25准备起飞。
18日清晨7:38，机动舰队来到距离日本本土尚有650海里（1200公里）的位置。
此时，正在该海域游弋的日军巡逻船日东丸23号发现了他们，随即向日本发送无线电预警，纳什维尔号轻巡洋舰立即将其击沉，日东丸上除了船长自杀之外，11名船员中有5人生还，被救上了纳什维尔号。
日东丸23号被击毁，燃起熊熊大火 图片来自网络
杜立特没有想到，舰队尚未抵达起飞地点，竟被日军发现，担心接到警报的日本出动兵力前来阻击，若再往前行非常危险。
于是，他和大黄蜂号舰长马克·米切尔决定，所有B-25立即起飞。
这样一来，空袭就比原计划提前10小时，意味着B-25将多飞310公里。
随后，16架B-25在8:20至9:19之间的一个小时之内全部成功起飞，杜立特也在滑行距离只有467英尺（142米）的状况下起飞成功。
最后一架B-25原本只随同机群进行观测和拍摄，因计划有变，杜立特决定全部用于轰炸。
对美军来说，这是第一次，也是唯一一次陆基轰炸机从航母上起飞执行任务。
起飞后的B-25陆续飞往日本，航程初期采取2到4架为一组，之后则各自散开，贴近海面低空飞行以躲避日军雷达。
6小时后，16架轰炸机于东京时间正午时分陆续飞抵日本上空，轰炸了东京10个、横滨2个、横须贺、名古屋、神户和大阪各1个军事和工业目标。
美军航母大黄蜂号上的B-25轰炸机 图片来自网络
虽然一部分B-25遇上了防空炮火以及日机的追击拦截，却没有任何B-25被击落，仅10号机轻微受伤，机身被打出了洞。4号机因机枪失灵，日机死缠不放，将炸弹扔入东京湾，未能实施轰炸。
轰炸结束之后，16架轰炸机中的15架沿着日本南部海岸向西南飞往中国东部，按照杜立特的计划，浙江境内的几座（尚未被日军占领的）机场会亮起灯塔指引他们降落，然后经加油后再飞往重庆——国民党的战时首都。
几座机场中最主要的，也是最容易找到的就是衢州，另外1架则因为燃油消耗过快，在明显撑不到中国海岸的情况下，前往海岸更近的苏联。
事实证明，计划没有变化来得快。15架B-25飞往中国时面对意想不到的挑战：
夜幕降临、燃油所剩无几、急剧恶化的天气。
唯一庆幸的是飞往中国的航程始终是顺风，使他们的航速提高了25节。否则，他们根本无法在7小时内抵达中国上空。
但是，处境还是非常严峻，一片漆黑的夜幕再加上糟糕的天气（有些遇上浓雾，有些则遇到大雨），使得机组成员根本弄不清机场方位。
在燃油即将耗尽的节骨眼上，机组成员们意识到计划降落的机场已无望找到，选择在陆地上空弃机跳伞或是沿着海岸实施海面迫降。
这15架飞机也成就了B-25米切尔中型轰炸机的最长航程，平均达到约2250海里（4170公里）。
而飞往苏联的8号机则在海参崴以北40英里（65公里）的机场降落后，B-25被苏方没收，机组人员遭到扣押。
苏联并没有为难约克上尉等5人，对他们与其说是扣押，倒不如说是作为“克里姆林宫的客人”而得到优待。
尽管如此，美国寻求将5人带回国的外交努力屡遭失败。最终，约克一行5人被转移至距伊朗边境仅32公里的阿什哈巴德，他们贿赂了一名搞走私的阿富汗人，由他带着5人越境进入伊朗，于1943年5月11日抵达附近的英国领事馆。
在英国外交官的帮助下，约克等人经印度搭机返回美国。事后解密的苏联档案表明，那名走私者的背后其实是苏联人民委员会情报部特工。
当时，苏联因为已经和日本签订了中立条约，不愿拿释放美国人去激怒日本。因此先将美国飞行员转移至日本情报网无法渗透的中亚，再派特工协助越狱逃脱。这样，美国人是自己“逃脱”，日本方面也无话可说。
杜立特和他的机组成员在弃机跳伞安全着陆后，得到了中国民兵和平民的帮助，其中包括美国神父约翰·伯奇。
和其他机组成员一样，杜立特弃机跳伞后，着陆在了稻田中的一处粪堆上，幸运地保住了之前受过伤的脚踝。
想到其他15架飞机很可能也和自己一样弃机跳伞，再想到同伴或许已被日军俘获，杜立特深感失望，他认为空袭行动彻底失败，队员又下落不明，自己若回国必将接受军事法庭的审讯。
不过， 他是在无法联系上其他队员的情况下作出的猜测，在地球另一边的美国，民众通过政府和媒体得知了空袭消息后，社会上下欢呼雀跃，总统罗斯福更是授予杜立特荣誉奖章，并跳过上校军衔而直接提升他为准将。
