李振华将作战计划交给杨文翰、黎玉审核，两人没有意见，于是李振华以此计划为基础去找陈师长商议，两人又对计划作调整，最终形成定案。与上次反扫荡作战一样，如果发生大规模战事，主要指挥仍由陈师长负责，李振华从旁协助，同时负责协调沂蒙军区部队。两人一直合作的很愉快，李振华很尊敬陈师长的权威，陈师长也很重视李振华的意见。这是在目前山东根据地跨部队之间最适合的指挥方式。
杜立特轰炸机群、延安航空队又开始了对华北、华中的日军机场进行了轰炸，同时利用轰炸机向山东根据地输送燃油、物资。轰炸机群以小编队的方式进行交叉轰炸，让日军无法准确判断机群数量。轰炸机轰炸一个地方后又转到另一个地方轰炸，单架轰不会一次性投完弹返航。中途两三架飞机偷摸着下到沂蒙机场，飞机一落地，跑道马上起飞相同数量的轰炸机。在轰炸的情况下，日军很难发现这一问题。
半个月来，经过5轮轰炸，华北、华中日军机场损毁严重，日军航空队有些被摧毁，有些转到东北，有些转到长江以南，杜立特轰炸机群掌控了华北、华中的天空。
期间沂蒙军区加强了根据地的管控，李振华命令军工部将生产好的燃烧弹、凝固汽油弹运到了沂蒙机场山洞仓库。
1943年1月18日凌晨，轰炸日本本土的计划正式实施，杜立特轰炸机群分成十批，有5架b24在沂蒙机场待命，轰炸机上带的是沂蒙军区的航弹，其余9批从西安机场起飞。
当从西安飞来的第一拨5架轰炸机到达沂蒙机场上空时，沂蒙机场上的5架轰炸机立即起飞，天空中的轰炸机依次下降，加注燃油。同样等第二拨轰炸机到达沂蒙机场上空时，第一拨飞机起飞，最后一拔5架轰炸留在沂蒙机场机库侍命。这是李振华特意提出的要求，目的就是为了隐蔽机场。李振华的理由很充分，看看衢州机场周边的惨状，杜立特就没有办法拒绝。
第一拨5架轰炸机轰炸的目标是东京，机组人员被告知，沂蒙军区的炸弹分为燃烧弹、凝固汽油弹、普遍航弹。日本的军工企业很多是以家庭作坊的形式存在，大多就藏在居区，燃弹、凝固汽油弹特别适合轰炸这一区域。机组人员欣然接受了这一观点。当他们到达东京上空时，毫不犹豫的在高空向居民区投放了燃烧弹和凝固汽油弹。b-24轰炸机配备了高空瞄准设备，其核心设备为?诺顿轰炸瞄准具?，可在万米高空保持精确投弹。
日本大本营参谋部参谋总长杉山元正好在皇宫和裕仁天皇喋喋不休的保证：美军失去浙江前进机场后，再无能力空袭日本本土。防空警报声突然响起，紧接着激烈的爆炸从外面传来。立即有侍从引导裕仁、杉山元进入防空洞，走在后面的杉山元脸色青紫。这已经不是他第一次丢脸了，1937年杉山元称三个月解决中国事变，1941年杉山元又称三个月击败美国，这次杉山元的脸又一次被结结实实的打肿了。
日本皇宫以东居民区燃起熊熊大火，消防队紧急去扑救，但意外的是当消防水龙打到火场，反而引起了二次爆炸，浓稠的胶状物飞溅到周边，引起更大的火灾。有的飞溅到日本人的身上，日本人试图拍打或翻滚灭火，反而会扩大燃烧范围，火势蔓延至全身?，被活活烧成了焦炭，场面极其残酷。b一25轰炸机拍到了爆燃的画面。2吨不到的凝固汽油弹造成了大面积的火灾。日本消防队无奈只好组织民力拆除房屋，形成隔离带才控制了火势。
与此同时，日本其他工业城市也遭到了轰炸，九州岛八幡钢铁厂、神户造船中心、名古屋飞机制造中心、濑户的化工中心等都遭到了不同程度破坏。
日军零式战机紧急升空拦截，但拦截效率出奇的差，零式会火力严重不足，7.7毫米机枪和20毫米机炮，对b24这种重型轰炸机的毁伤效率极低。即使命中发动机或机身，b24仍能继续飞行?。反而是b24的防御机枪（如12.7毫米勃朗宁）一次扫射即可重创零式，因其机身轻量化设计导致防护极其薄弱?。
杜立特整个轰炸机群只损失了两架轰炸机，几乎全身而退，轰炸完后，轰炸机群立即返航，只有三架轰炸机因受损飞往了沂蒙机场，其余全部安全飞往了西安机场。
三架受损轰炸机在沂蒙机场顺利降落，受损飞机立即被转至飞机库，机组人员转运到停放在沂蒙机场的三架轰炸机上，立即飞往西安。在根据地外观察似乎只是三架轰炸机途经沂蒙地区上空而已。
这次轰炸在日本本土引起了极大的震动，工业区受到损失不算，特别是东京居民区的大火造成3千余人烧成了焦炭，引起东京市民的极大恐慌。日本军部、中国派遣军受到斥责，总参谋长杉山元更是被训斥的抬不起头来。
日军在中国的特务机关立即展开调查，很快查清袭击日本本本士的轰炸机是从西安机场起飞，型号是b24，数量是45架，各种信息对比确认无疑。起初日军怀疑有中继机场，但后来日本人各种途径得到了b24性能参数，得知b24航程6000公里，日本航空专家认为拆除部分设备，减少载弹量，b24轰炸机有能力从西安出发打击日本本土。这也与日本受到轰炸规模相符，调查出的结果让日军更加难受。
沂蒙机场险又险的避免了暴露，但沂蒙军区还不清楚，李振华他们还在严密监控周边日军部署的变化。
日军中国派遣军调集长江以南的航空队，通过秘密修建的简易机场，对西安机场进行了空袭，炸毁了没有撤走的12架b24轰炸机。
杜立特根本就不在乎，轰炸机很快就能得到补充，他现在关注的是沂蒙军区提供的凝固汽油弹，他从机组人员的讲述中、从轰炸机拍摄的照片中看到这种战器的威力。