李梅认真研究了以前的轰炸情况和相关情报资料，作出几个决定：针对日本夜间防空能力弱，决定只进行夜间轰炸；B-29拆除大部分自卫武器，多装炸弹；不使用高空密集队形，在1500米至1800米的高度自由轰炸；只使用凝固汽油燃烧弹。
“李梅火攻”战果辉煌
3月9日，334架B-29轰炸机携带凝固汽油弹飞向东京。3月10日0时15分，2架美军引导机飞抵东京上空，在预定目标区——下町地区投下M-47燃烧弹，在地面形成十字形火焰坐标，后续轰炸机以此为参照，依次向目标区投弹。334架B-29投下超过2000吨M-69燃烧弹。当夜，东京刮起大风，风助火势，火灾迅速蔓延，各处火灾很快连成一片火海。后续飞向目标的轰炸机在70千米外就能看见冲天的火光，浓烟甚至熏黑了机身和玻璃。
原计划摧毁东京26平方千米的面积，实际摧毁近41平方千米。计划摧毁的22个工业目标全部完成，2.7万幢建筑被破坏，83793人被烧死，40918人受伤。美军只损失14架B-29。战果上报陆航司令部，司令部很快发回贺电。李梅深受鼓舞，决定下一个目标是：名古屋。
3月12日，285架B-29如法炮制，投下1700吨燃烧弹。名古屋损失较小，但也有超过5平方千米的面积被夷平。任务中美军损失了1架轰炸机，受伤24架。
3月13日，300架B-29又在大阪投放了1700吨燃烧弹。由于云层浓厚，引导机无法制造出地面坐标，274架B-29只能胡乱投弹。如果使用的是高爆弹，效果肯定不行。但是这次轰炸后的侦察照片证实，大阪市中心有约21平方千米的面积被摧毁。据日方统计，大火烧毁了13474幢建筑，另有1300多幢建筑受损，13135人伤亡，大阪市四分之一的人（约50万人）找不到家。空袭中B-29损失了2架，受伤13架。
3月17日，美军轰炸神户。307架B-29投下2300吨燃烧弹，大火烧毁了约7.8平方千米的区域。日本统计显示，有66000多幢建筑被烧毁，三分之一的居民（约25万人）找不到家，伤亡人数超过1.5万人。
3月19日，名古屋再遭轰炸。290架B-29轰炸机投下1800吨混搭的高爆弹和燃烧弹。市区有近200余处起火，摧毁近8平方千米。
“李梅火攻”成效显著，美国高层不仅发来了贺电，还发表公开讲话，对李梅赞赏有加，并且命令：“继续干！”李梅的回电是：“没法干了！燃烧弹全扔光了！”接下来，美军空袭只能使用高爆弹了。
4月13日，由于摸黑夜袭，导航员算错了地图距离，导致日本皇城一部分被炸，明治神宫被摧毁。到了5月，东京一半面积被摧毁。
截至1945年7月4日，美军向日本投放10万吨炸弹。炸得全日本人心惶惶，只有广岛、长崎等少数城市挨炸较少，居民情绪还算稳定。
1945年8月6日8时15分，1架B-29轰炸机在广岛投下1枚1.5万吨当量的铀弹，瞬间导致7万人死亡。8月9日11时02分，1架B-29轰炸机在长崎投下1枚2.2万吨当量的钚弹，近15万人死亡。
日本颁发“大绶章”
因为成功轰炸日本主要城市的功绩卓著，美国人送给李梅一个诨名：“全炸光”，日本人则给李梅一个敬称：“鬼畜李梅”。日本投降后，美军进驻日本，日本政府不仅提供“慰安”服务，天皇还每天去向麦克阿瑟请安。日本人的热情招呼让美国人都不好意思了。李梅负责帮助日本重建了航空自卫队和防空系统。航空自卫队幕僚长源田实感激李梅的贡献。经他提议，日本政府于1964年12月4日授予李梅最高级别的“勋一等旭日大绶章”。