LeMay johti B-29 Superfortress -hävittäjiä Japania vastaan, mukaan lukien massiiviset tuhopoltto-iskuja 67 japanilaista kaupunkia vastaan sekä Hiroshiman ja Nagasakin ydinpommituksia. Tämä sisälsi palopommituksen Tokioon.
Virallisissa asiakirjoissa nimeltään "Operation Meetinghouse". Ilmahyökkäys 9.10.1945 - osoittautui sodan tuhoisimmaksi pommitukseksi. Ensimmäiseen hyökkäykseen LeMay määräsi 325 B-29:stä poistamaan puolustusaseet, lastaamaan jokaiseen koneeseen M-47-mallin sytytysjoukkoja, magnesiumpommeja, valkoista fosforipommeja ja napalmia ja käski pommittajia lentämään virtauksissa Tokion yläpuolella. LeMay kuvaili operaatiota sanomalla, että "Yhdysvallat oli lopultakin lakannut lyömästä kärpäsiä ja lähtenyt lannoitteen perään".