罗斯福当然也知道尼米兹的困难，他提醒尼米兹美国并非孤军奋战，暗示尼米兹可以考虑中国因素。有了中国这个盟友，尼米兹很容易就解决了最后一个问题，那就是如何让飞行员安全返航。尼米兹的计划是，战机在完成对东京的轰炸后不必返回美国的航空母舰，而是返回离东京不过500英里的中国浙江。战机在中国安全着陆后，飞行员将携带他们的战机加入陈纳德的飞虎队，交由蒋介石统一指挥。
这个方案两全其美，蒋介石一定会欣然接受。让蒋介石对美军战机开放领空，这不是问题，问题是怎样让中国保守这个秘密。那时，日军、国民政府军和共产党领导的新四军分别控制着长江中下游不同的区域，而这些区域又犬牙交错，如果不慎被日军截获情报，美军将前功尽弃。尼米兹决定，在轰炸任务开始前，不通知中国。
1942年4月18日，由波音公司生产的16架B-25“空中堡垒”轰炸机，各自携带4颗230公斤重的炸弹，从“大黄蜂”号航空母舰上腾空而起，向日本列岛飞去。尼米兹本来以为这是一次和珍珠港相媲美的突袭行动，但是在距离日本列岛650海里的海域，一艘装载有无线电装置的日本渔船发现了这些B-25飞机，并且向东京发布了无线电预警。美军驱逐舰迅速赶到，炸沉了这艘泄密的渔船，但是美军已经没有秘密可保了。
好在很快就要到了，保密与否已经不再重要。然而即将抵达日本列岛上空时，16架飞机中只有两架飞机的飞行员还能找到预定的飞行路径，另外14架全部迷航了，如果要寻找既定的轰炸目标，就得绕更远的路。指挥官只好命令他们尽量飞到日本上空，赶紧找个目标把炸弹扔下去算了。
就这样，16架远道而来的飞机毫无秩序地从不同方向进入日本领空，然后胡乱地投弹。接二连三的飞机和混乱不堪的战术，在日本空军那里却意外地成了杰出的战术，因为他们无法判断这些飞机从哪里来、还有多少，然后又到哪里去。空军想升空拦截，都不知道该怎么去拦截。
当美军投下炸弹时，东京市民还沉湎于日军在太平洋战争的胜利中，根本想不到祸从天降。很快，东京电台广播说，轰炸造成了3000人死亡。但是日本军方迅速干涉了广播，他们修正说，有9架美军飞机被击落，胆小怕死的敌机只是在郊区胡乱轰炸，重要的军事单位毫发无损。
日本军方的说法并不是事实。虽然日军的高射炮发挥了作用，但是这16架飞机依然把炸弹全部扔到了日本的国土上，随后都安全地离开了日本领空。可是他们也没有能够按尼米兹的设计，安全地飞抵中国领空。其中一架飞机的机组人员在激烈争论后，决定不执行飞往中国的命令，而是把飞机飞到苏联远东城市海参崴。在那里迫降后，飞机和飞行员被苏联红军扣留。另外14架飞机虽然勉强飞到了中国领空，但是由于中国空军对此一无所知，加之飞机漏油后失去控制，这14架飞机没有得到任何有效协助，全部坠毁在中国境内。幸运的是飞行员全部跳伞，并被中国军民救起。
轰炸东京的行动是一次并不成功的空袭，其象征意义远远大于实际的轰炸效果，但是它在美日两国引发了截然不同的反应。管中窥豹，罗斯福总统的喜悦溢于言表。当记者询问轰炸东京的飞机是从哪里起飞的时候，总统故作神秘地说：“香格里拉。”香格里拉位于中国云南省一处人迹罕至的原始山林中，英国小说家詹姆斯·希尔顿在他的畅销小说《消失的地平线》中，把香格里拉描绘为世外桃源。
在东京，这次空袭却大大震动了日本朝野，日本本土再也不是东条首相声称的歌舞升平的乐土了。东京在被轰炸的第二天，就有500架战机从太平洋战场返回日本列岛保卫本土领空。同一天，海军大将山本五十六公开向天皇谢罪。
叹曰：
先声夺人 太平洋日军威武蚂蚁吞象
知己知彼 尼米兹因地制宜绝地反击
