珍珠港遭襲之後，美軍戰場上連吃敗仗。公衆一片譁然，士氣低落。
1941年12月21日在白宮召開的參謀總長聯席會議上，美國總統富蘭克林·D·羅斯福向與會成員指示軍隊應儘快組織針對日本的報復性打擊。
空襲東京的想法由當時負責《反潛法案》的海軍參謀次長——弗蘭西斯·羅爾上校(Capt.Francis Low)。他曾經幾番視察位於弗吉尼亞州諾福克的海軍機場，發現那裏的跑道塗上了航空母艦甲板上的圖案，用作飛機着艦訓練。
1942年1月10日，弗蘭西斯·羅爾向時任美國海軍艦隊總司令兼海軍作戰部長厄內斯特·金(Adm.Ernest J. King)彙報了這一發現。他認爲只要加以訓練，雙引擎的陸基轟炸機完全能夠從航母甲板上起飛，金對羅爾的觀點表示同意，遂任命本已退役的美國陸軍航空兵中校詹姆斯·哈羅德·杜立特(Lt. Col.James Harold Doolittle)負責策劃方案並帶領行動。杜立特退役之後，從事民用飛行事業，是當時著名的飛行員和航空工程師。
執行空襲的轟炸機方面，要求至少能攜帶一枚重達2000磅(910公斤)的炸彈續航2400海里(4400公里)，在當時所有的飛機中，最終選中了北美航空公司出產的B-25B米切爾轟炸機。軍方也曾考慮過B-26“劫掠者”、B-18“波洛”和B-23“龍”三款轟炸機，但因各種理由未予使用：B-26起飛時的最短滑行距離超過了航母甲板;B-23的機翼寬度比B-25大了近一半，佔地太大，若帶上航母，不僅作戰飛機數量要削減，更有可能撞上艦島。幾番斟酌後，杜立特選擇了B-18和B-25。但不久B-18也因機翼太寬被淘汰。
B-25在當時屬新款飛機，未曾參與過實戰，這也是杜立特所擔心的一點。但之後B-25的測試顯示了它足以滿足此次空襲的要求。在杜立特首次彙報方案時，他的計劃是空襲結束後，飛機可以飛往前蘇聯海參崴，這樣航程就可縮短600海里(1000公里)，依據租賃法案，着陸之後這些B-25可暫時移交給蘇聯，機組人員就可返回美國。
爲此白宮派專員前往蘇聯密談，卻無果而終。原因在於蘇聯爲避免陷入兩線作戰的窘境，便在1941年4月同日本簽訂了《蘇日中立條約》，斯大林不想拿同美軍合作來得罪日本。白宮認爲，即便蘇聯同意降落，機組人員也有被移交給日方的危險。因此降落蘇聯的方案遭到否決。
