面对这样的情况，1945年1月，李梅少将被任命为第21轰炸机部队司令。他仔细研究了此前战略轰炸的得失：日军夜间防空能力差；大都市房屋密集，主要是木板结构，消防能力薄弱，一旦起火将迅速蔓延；同时，高空急流、云层遮挡和轰炸高度太高都影响了轰炸精度。最终，李梅决定将战略改为夜间低空燃烧弹地毯式轰炸，在轰炸载体上采用了名震天下的空中堡垒B-29轰炸机，这种轰炸机无论是作战半径还是载弹量都大幅优于B-25。
2月19日，第20航空军的指挥部发出了将试验性燃烧弹空袭提到了优先位置的新命令。美军在1945年2月23日至24日首次对东京采取大规模燃烧弹攻势，当晚174架B-29轰炸机在东京抛下大量凝固汽油弹，东京约2.56万平方千米的地方被焚毁。虽然这次还是日间轰炸，但是更坚定了李梅实施夜间大规模火攻的决心。
李梅重新评估局势，想出了一个重大的战术变化：让参加火攻的B-29都拆掉了自卫炮塔，只留尾部机枪，节约下来炮手、机枪和弹药的重量都用于装载燃烧弹，每架B-29可以装载5.4到7.3吨的M69燃烧弹。为避免不必要的伤亡，空袭时各轰炸机单独轰炸而不进行编队，由前面的轰炸领导机首先投弹， 引入目标区，并且抛弃高空投弹，改在1524-1829米的高度上投放。
1945年3月9日傍晚十七时三十四分，李梅火攻正式开始。子夜二十四时十五分，2架导航机在预定目标区下町地区投下照明弹，接着投下燃烧弹，燃起两条火龙，标出了巨大的X字样，为后续飞机指示目标。随后赶到的277架B-29以单机间隔15米依次进入，在接下来的两个小时中向东京倾泻了2000多吨燃烧弹。