提尼安北部机场
提尼安岛上的 B-29 机群
在此之后，B-29 对日轰炸暂时告一段落，李梅将军对 B-29 前一阶段的行动进行了反思，并等待海军陆战队夺取硫磺岛。硫磺岛地理位置十分重要，正好处于日本与马里亚纳之间。硫磺岛的日军在 B-29 起飞后可以向本土预警，并不时派飞机袭扰塞班的 B-29。美军夺取硫磺岛后，战斗机就可以对 B-29 进行日本境内全程护航，还可以作为 B-29 的中继与备降机场。
硫磺岛航拍地图
在审视了 B-29 的糟糕作战记录后，李梅意识到必须改变轰炸方式。日本城市的工业区大都集中在市中心，散布在居民区的家庭作坊式工厂与附近主要工业区互相依赖程度很深。藉由破坏这些居民区中的小工厂，可以减缓核心工厂的生产速度，扰乱日本武器工业的生产秩序。由于东京或名古屋这样的大都市的居民区都是密集的木制建筑，李梅放弃高爆弹，使用燃烧弹进行火攻。
除此之外，李梅还总结出高空急流、云层遮挡和轰炸高度太高都影响了 B-29 的轰炸精度。以前的轰炸模式为了避开高射炮火和战斗机攻击都是进行白天高空轰炸，李梅建议夜间低空高强度燃烧弹轰炸逐步替代白天轰炸。机组起飞后无需在基地上空等待进行编队，直接飞向目标，轰炸后直接返回，在最大程度上提高载弹量并节约了燃料。他还命令所有进行火攻的 B-29 都拆掉自卫炮塔，只留尾部机枪，节约下来炮手、机枪和弹药的重量都用于装载燃烧弹，每架 B-29 可以装载 5.4 到 7.3 吨的 M69 燃烧弹。燃烧弹在 1,524-1,829 米的高度上投放，这样可以避开高空乱流并处于多数云层的高度之下。另外由于无需在 9,000 米的高空飞行，减少了油耗和发动机损耗。日本夜间战斗机的实力很弱，预期进行夜间轰炸的多数损失是由高炮造成的。
B-29 在日本上空常会遇到高空急流
李梅于 2 月 19 日颁布了新的作战条令，3 月 9/10 日夜间，B-29 对东京开始了第一次夜袭。随着第 314 轰炸机联队（第 19、29、39 和第 330 大队）进驻关岛北部机场，马里亚纳的 B-29 机群数量大增。这次共有 302 架 B-29 参与空袭，其中有 279 架在夜色中抵达目标上空。探路机投下燃烧弹在东京市区标出了巨大的“X”字样，在接下来的两个小时中 B-29 向东京倾泻了所有燃烧弹。这次空袭的战果超过了李梅的最好预计，各处零散的火焰汇聚成烈火风暴。火焰熄灭后，东京市中心 41 平方公里的区域被烧成灰烬，近 84,000 人死亡。美军仅损失 14 架 B-29。
3 月 11/12 日夜间，B-29 火攻名古屋。这次燃烧弹的火焰没有形成烈火风暴，市区被烧毁 5 平方公里。13/14 日夜，大阪被烧毁 20 平方公里，16/17 日夜，神户烧毁 7.68 平方公里，19/20 日夜，再一次轰炸名古屋，烧毁 7.68 平方公里。在这个毁灭性的星期里，超过 120,000 日本人死亡，代价是损失 20 架 B-29。战略轰炸终于被证明是成功的。
3 月 20 日，第 21 轰炸机司令部用光了所有的燃烧弹，纵火轰炸被迫任务。在等待新的燃烧弹期间，B-29 轰炸了九州，以支援冲绳登陆。九州的机场和支援设施是主要目标，这些战术轰炸一直持续到五月初。
1945 年 4 月，李梅将军将更多的目标列入燃烧弹袭击的名单中。其中包括武藏和名古屋的航空发动机厂，东京、名古屋、大阪、川崎、神户和横浜的市区。4 月 7 日，153 架 B-29 轰炸了名古屋航空发动机厂，破坏了 90% 的设施；5 天之后，93 架 B-29 摧毁了中岛的武藏发动机厂，日本的航空发动机工业在这次轰炸之后基本就处于停滞状态了。
对日轰炸目标
4 月 13 日，327 架 B-29 再一次烧毁东京 28 平方公里的市区，自身损失 7 架。
四月中旬，第 21 轰炸机司令部接收中缅印战场的第 58 轰炸机联队，该联队进驻提尼安岛的西部机场。
5 月 14 日，472 架 B-29 轰炸了名古屋的三菱发动机工厂及周围区域。两天后的夜间，对名古屋再一次轰炸摧毁了 10 平方公里的市区。5 月 23 日和 5 月 25 日，B-29 两次光临东京，虽然这两次轰炸损失了 43 架 B-29，但东京超过 50% 面积都被烧光。
为了减少 B-29 损失，重新开始了白天的高空轰炸，这次为了混淆敌人并引诱日本战斗机出击，好让护航的 P-51 击落它们。5 月 29 日，454 架 B-29 出现在横浜上空，由来自冲绳的 P-51 野马伴随护航。在空战中，26 架日机被击落，美军损失 4 架 B-29 和 3 架 P-51。在这之后，日本为了对抗将要登陆本土的盟军而隐藏了幸存的战斗机，城市的空防反而变得次要了。到了 1945 年 6 月，日本截击机难得出现，B-29 开始统治日本的天空。
6 月 5 日，B-29 最后一次轰炸了神户，这次轰炸的破坏惊人，以至于不得不将神户从目标清单上删除。月底，李梅清单上的六个主要城市都遭到了毁灭性的破坏。
1945 年 5 月对神户的轰炸
此时新抵达的关岛西北机场的第 315 轰炸机联队（第 16、331、510 和第 502 大队）已经完全装备新型 B-29B。B-29B 由贝尔生产，已经去掉炮塔。第 315 联队已经接受过夜间低空轰炸的训练。6 月 26 日到 8 月 10 日，他们对日本石油开采设施进行了一系列的轰炸以摧毁日本的石油工业。
第 315 轰炸机联队的 B-29B 在关岛上空
1945 年 3 月下旬，第 313 轰炸机联队执行“饥饿作战”行动，开始对日本港口布雷封锁。近 13,000 枚声学和磁性水雷被投放狭窄的下关海一级四国的德山、安芸，濑户内海的野田、广岛、吴港、名古屋，以及东京湾等港口。布雷行动非常成功，到 4 月份日本海运已经停顿。5 月，日本商船被命令突破水雷封锁，结果有 85 艘触雷沉没。这些布雷行动非常有效，战后统计表明，B-29 投放的水雷炸沉的日本商船占总损失的 9.3%。
第 313 轰炸机的 B-29 在投掷重磅磁性水雷
到 6 月中旬，由于大部份日本大城市已经被破坏，李梅开始对 58 个较小的日本城市进行新一轮的纵火轰炸。此时 B-29 的行动已基本上不受日本战斗机的干扰。六月下旬，B-29 在轰炸的前三天通常在城市上空散布传单来警告平民注意躲避。