日本襲擊珍珠港以後，美國總統羅斯福呼籲美國民衆必須記住這個奇恥大辱，爲了報這一箭之仇，羅斯福親自向美國的陸軍海軍下令，就是一定要想個辦法轟炸日本本土。使用陸基飛機從中國起飛,飛機只能飛單程。直至1942年1月中旬，金海軍上將的參謀部想出一個方案：從一艘航母上出動陸基轟炸機進行轟炸。航空母艦可以將飛機載到靠近日本海，但中型轟炸機無法在航母上降落，完成轟炸任務的飛機要飛往中國大陸。
這個計劃選中了中型轟炸機B-25B和最新服役的航母大黃蜂號，並由當年的飛行速度世界紀錄保持者詹姆斯·杜立特中校領導完成。爲此B-25B進行改裝，拆掉了一切不必要的設備，增加了油箱和僞裝用的木製機炮。1942年2月3日，兩架B-25B在大黃蜂號上起飛成功，證明了這一計劃的可行性。此後，由第17轟炸機大隊的志願者組成了二十四套機組，這些機組成員只知道將完成一項非常危險的祕密任務。機組花了一個月的時間，在跑道上標出的模擬飛行甲板上演練短距起飛滑跑，大黃蜂號甲板上也劃上了與陸地跑道一樣的中心線標誌。
1942年4月2日，大黃蜂號在6艘艦隻的護航下載着杜立特的機組人員和16架B-25B，告別了舊金山的金門大橋，劈波嶄浪，向西急駛。4月14日，大黃蜂號穿過北太平洋風暴區，在阿留申羣島和中途島之間的一個指定地點同哈爾西的企業號會合，“邁克特遣艦隊”-這是任務的代號，在陰沉的海面上向着九州海岸以西400英里的目標海域進發。通告了這次任務的目標後，全體人員歡聲雷動。途中，特遣艦隊收到東京電臺的這樣一則廣播：“英國路透社報道，美軍三架轟炸機轟炸了東京。這種消息可笑之極。日本國民對這種宣傳毫不在意，正沐浴在和煦的陽光和櫻花的芬芳中享受春光。”日本的毫無防備增強了機組人員完成任務的信心。
4月17日下午，“邁克特遣艦隊”離起飛點只有二十四小時的水程，仍未被敵人發現、大黃蜂號上的甲板人員對B-25B作了最後檢查。每架飛機攜帶4枚500磅的炸彈，米切爾上校的勳章都系在了炸彈上。炸彈還上寫着：“我們不想燃燒世界，只想燃燒東京”。傍晚，雷達發現了日本海上警戒線最外層的哨艇，艦隊改變了航向。4月18日上午七時半之後不久，一艘敵船發現了特遣艦隊，它發出的無線電警報被艦隊接收到了，幾分鐘之後，前衛巡洋艦用炮火擊沉了這艘小型勤務艇。杜立特和哈爾西決定立即起飛，即使多飛一百英里，也不能讓艦隊冒險，這絕對是一個正確的決定。雖然日本防線即將處於警戒狀態，但日本人不會料到當天就有襲擊。
“讓杜立特和他勇敢的中隊起飛吧。一路平安，上帝保佑!”哈爾西向大黃蜂號發出信號。上午8時，大黃蜂號調頭迎風，杜立特緊緊握了一下艦長米切爾上校的手，然後對他的同夥喊道：“好夥計們，就這麼着，一起出發吧!”碩大的大黃蜂號在她所依附的海水中與一片落葉也無甚區別，甲板前後搖晃幾乎貼近了海面。B-25的左翼已經伸出大黃蜂的左弦外，杜立特將油門加到了最大，飛機搖搖擺擺地朝強風中衝去，沉重的機身在甲板盡頭緩緩擡起，隨後每一架飛機離艦，甲板上都發出一陣歡呼。8時24分，16架飛機全部安全起飛。海軍攝影師約翰·福特中校和他的攝影組對整個起飛過程進行了拍攝。
“那天上午，風在怒吼，海在咆哮，蔚藍的海水在航空母艦兩側迸裂出一簇簇浪花，”，哈爾西在其回憶中寫到，“吉米率領他的中隊起飛了，隨後我的值班參謀在旗艦航海日誌上寫道：改變航向，轉彎九十度，立即以每小時二十五海里的速度退出該海區… ”杜立特率領他的中隊向西飛去，每一位飛行員都知道了各自所要轟炸的軍事目標、鋼廠、飛機廠和電站。機組開玩笑時曾說要通過拋硬幣決定誰來將炸彈扔到日本皇宮中，實際上皇宮、醫院、學校等均不在轟炸目標之列。即使在後來350架B-29轟炸東京時，皇宮也是絕對的保護區，這也算是對敵方最後的一點尊重。兩個小時以後，東京時間12時20分，當杜立特的轟炸機低空掠過東京灣的時候，東京城裏的人正在吃午飯，一隊巡邏機也沒有發出警報，阻御低空飛行飛機的防空襲阻塞氣球，剛剛在上午的防空警報演習結束後取下來了，甚至在高空中飛行的九架戰鬥機也沒有發現杜立特。當天中午，東條英機碰巧視察水戶航空學校乘飛機回東京。東條的祕書發現從右方飛來一架雙引擎飛機，塗着一個不熟悉的標誌，而後猛然醒悟，“美國飛機!”。如果B-25不拆掉機炮的話，還可能爲這次任務增加額外的戰果。
“繼續在郊區上空向正南方向和東京東區中心方向低空飛行。升到一千二百英尺的空中，轉向西南方向飛去，向極易起火的地區投下炸彈，”杜立特一面丟下第一顆高爆炸彈，一面如實地記着航空日誌。“高射炮火非常猛烈，但只有一架飛機差點被擊中。一下降到房頂高度，然後鑽進西郊低空的煙霧之中，隨後調頭向南飛到海上”。警報器再次拉響了。在午餐時間擁擠的街頭和公園裏，當第一批轟炸機掠過上空的時候，人們不約而同地向頭頂望去。人們揮着手，以爲是日本空軍在作逼真的表演。只有當爆炸震撼着首都，滾滾濃煙升起的時候，他們才知道這是真的轟炸。在撤退的航空母艦上監聽東京廣播電臺的船員，從播音員聲音後面顫悠悠的警報聲中，知道了杜立特的飛機已經到達城市上空。在後來的二十分鐘裏，另外十架美國轟炸機掠過頭頂，城市裏發生了一連串的爆炸，這十架飛機遇上了大風，和頭兩架飛機拉開了距離，但是飛機從四面八方飛來，繼續製造了混亂。另外三架B-25轟炸機同時到達名古屋、大阪和神戶的上空，日本戰鬥機駕駛員不知所措，好半天弄不清楚襲擊是從哪個方向來的，美國轟炸機趁機向東逃往中國海，日本戰鬥機想追也來不及了。
襲擊日本的16架飛機全部脫離目標上空。其中1架受傷飛往海參崴，而後被蘇聯扣留。其餘15架飛機均飛往中國，目標是中國湖南株州機場，但由於黑暗、大霧和缺油，飛機均沒有到達目的地。15架飛機散落在中國浙江和江蘇，75名機組中，3人在飛機迫降時遇難，8人跳傘在日本佔領區而被日本俘虜，其中只由4人在戰後倖存。杜立特的降落傘徐徐落在農田裏，而後杜立特被中國農民救起，杜立特用生硬的中國話說，“我是在天上打日本的!”，這就足夠了。杜立特與其餘63名機組人員隨後均被中國軍民的護送到後方，而後輾轉回國。1990年，健在的機組還組織了聚會，並邀請當時保護他們的5名中國老人蔘加。
除了破壞九十座建築物和造成幾十名平民的死亡以外，這次襲擊沒有造成多少實際的損失。但是，正如總統所預料的那樣，它直接地激發了美國的士氣，“杜立特幹得漂亮”洛杉磯時報讚揚說。羅斯福爲這件事增添了濃厚的神祕色彩，他說，這次進攻是從“香格里拉”發動的。“香格里拉”是詹姆斯·希爾頓的小說《失去的地平線》中的神祕天堂，以此掩蓋使用了航空母艦這一事實空襲使日本參謀本部顏面盡失，因爲沒有情報表明美軍航母上有雙發飛機，所以空襲過後數日內仍不明白是怎麼回事。但將一系列的情報聯繫起來，包括髮現美艦隊、遭到空襲、在中國發現飛機殘骸以及用嚴刑拷打從俘虜那裏得到口供，才明白襲擊的發動過程。隨後聯合艦隊立即組織截擊邁克特遣艦隊。但哈爾西的特遣艦隊輕易地躲開了追擊的飛機，艦隊穿過陰霆霧障飛速航行，幾天以後，日本帝國海軍放棄了追逐。
