1944年年底，李梅被調到太平洋戰區，指揮中緬戰區的第20轟炸機聯隊。正巧此時美國波音公司設計生產的四引擎重型螺旋槳轟炸機“超級空中堡壘”——B29正式服役。此時的第20聯隊就有這種飛機150架。為了摧毀日本人的戰爭意志和工業基礎，美軍在參考日本飛機對中國城市的轟炸經驗策略後，制定出“以牙還牙”的報復行動。

雖然首戰轟炸位於日本的九州的八幡鋼鐵廠，沒有造成巨大破壞。但李梅及時調整轟炸方案，並且發現白晝高空的精確投彈在歐洲戰場可以蕩平一切，但在日本作戰的效果並不是太好。李梅根據日本的天氣島國白日多雲的情況和日本當時建築多用竹木結構這一特點，改用燃燒彈在夜晚對日本進行低空轟炸。而且為了提高載彈量，李梅下令飛機解除安裝一切用於自衛的機槍機炮。

美軍從1945年初便開始對東京採取火攻攻勢，將大量燃燒彈投射到東京上空，霎時間東京化為一片火海。3月9日和10日的轟炸，是人類歷史上最具破壞的空襲，而且破壞力可以和後來的原子彈爆炸相提並論：

3月9日晚，美軍334架B-29轟炸機對日本東京開展持續兩個小時的地毯式轟炸，這些轟炸機投擲的燃燒彈超過2000噸，將當時的東京燒燬了大半。燃燒彈引燃了一切可以燃燒的物體，許多日本人瞬間化為火球，即便企圖跳河保命的人們也沒能倖免於難，被灼高溫度的河水燙斃湮沒。
幾萬死難者都是因為燃燒耗盡氧氣而窒息死亡，尤以低窪區最為悲慘，著火、缺氧者爭相跳入河中求生，結果隅田河漂滿如木炭一樣黑的屍體。堅固的明治座劇院成為逃難人們的臨時避難所，但院內窒息而死的屍體互疊有2米之高。
現場還出現很多火災旋風，很多逃難的人吸入後，呼吸道被嚴重燒傷，在痛苦中掙扎死去。這次轟炸造成8萬多人死亡，10人不同程度燒傷。22個工業目標全部被燒燬，26萬7千多幢建築付之一炬，上百萬人無家可歸。要不是皇居不在空襲範圍內，恐怕裕仁也難逃天譴。日本政府用了25天才將被燒焦的屍體清理完畢。參加轟炸的B29銀色機腹都被燻黑。

密佈的彈坑
美國人在此次行動中也損失了14架B-29，在火燒東京後不久，日本的工業重鎮名古屋、大阪、神戶也遭到B29的重點照顧，大阪的城區在3小時內被焚燬。飛機制造廠和造船廠、鋼鐵廠等目標在轟炸中蕩然無存。4月13日，B29再次光顧東京，供奉明治天皇牌位的神社明治神宮也被焚燬。

1945年5月26日，大約500架B29來到東京上空進行收尾。在城西、城北的居民區投下燃燒彈後便匆匆離去，造成七千多人傷亡，22萬間房屋被焚燬。而此時的東京受到B29的多次照顧，早就成了死城、空城、沒有多少有價值的目標。

據不完全統計，堅持“焦土轟炸”的李梅將軍，在日本至少造成50萬人的傷亡。其中大部分人是平民，但李梅並沒有因此深感不安。這個美國將軍轟炸了96個日本城市，很多大中型城市被炸面積超過百分之五十以上。曾經有記者採訪李梅，問他的感受如何，李梅答道：
“殺日本人並沒有使我感到不安。使我不安的是戰爭的結束。所以我不在乎到底有多少日本人在我們的行動中被殺。只是如果美國輸掉了戰爭，我充分相信我會因為戰爭犯罪而受到審判，只要看看日本人是怎樣對待那些參加1942年杜立特空襲的身穿軍服的美國飛行員就知道了。所幸的是我們獲勝了，所以美國做出的一切都是正義的。”

李梅將軍在戰後曾經擔任美國空軍的總參謀長，而戰後的日本為了推動“日美友好”竟然向殺死很多日本人（或是稱其為雙手沾滿日本人鮮血）的李梅將軍。頒發了日本最高級別的“勳一等旭日大綬章，以此表彰他的“功績”。
