1941年12月7日，在遭受珍珠港的奇耻大辱之后，美国决定在最短时间内寻求报复。当时有人提议，可以利用从航空母舰上起飞陆基轰炸机，对日本进行空袭。

电影《虎！虎！虎！》中呈现的日军偷袭珍珠港事件

陆地起飞训练的统计数据显示，只要风力合适，B-25B是可以从150米左右的跑道上起飞的。1942年2月3日，经过技术人员和试飞员的努力，有两架B-25成功从“大黄蜂”号航母上飞了起来，从技术上证明了该计划的可行性。

在队员们紧张训练的同时，工程人员也绞尽脑汁设法减轻飞机的重量。由于编队将进行低空飞行，所以不会有来自下面的战斗机威胁，因此而取消了机腹炮塔，这个举措减少了大约272千克的重量。为了增加航程，工程人员不仅增大了油箱容量，还在机舱和炸弹舱内增加了一些内部油箱。此外，还在飞机上放置了10个5加仑容积的油桶，起飞后加入主油箱。这样改装之后的B-25B将载有1141加仑燃料。为了防止当时处于高度机密状态的“诺顿”轰炸准具落入日本人手里，所有B-25B上的该装置都被拆除了，取而代之的是简单的低空瞄准装置。每架飞机携带4枚227千克炸弹，其中1枚燃烧弹、3枚高爆炸弹。为迷惑敌机，还在尾部增加了两根涂黑的木棍，其外形酷似12.7毫米机枪枪管。改装后的飞机起飞重量为14074千克。

1942年4月1日，16架B-25B及机组人员登上航空母舰，第二天上午便从加利福尼亚的旧金山出发

担任此次任务的CV-8“大黄蜂”号航空母舰系“约克城”级航母三号舰。1942年4月1日，16架B-25B及机组人员登上航空母舰，第二天上午便从加利福尼亚的旧金山出发。担任护航与支援的舰队包括CV-6“企业”号航空母舰、3艘重型巡洋舰、1艘轻型巡洋舰、8艘驱逐舰，以及两艘补给舰。

B-25中型轰炸机从“大黄蜂”号上起飞

美军原打算在4月19日下午让轰炸机升空，但是，当他们达到距日本1300千米的海域时，就被日本的一艘巡逻船发现了。特混舰队不能继续前进，起飞时间也不能再延误了，否则整个行动计划有失败的危险。杜立特和陪同接应的威廉·哈尔西海军中将商量之后，决定提前起飞。全部B-25及其机组人员以最快的速度做好一切准备。4月18日8时15分，杜立特第一个起飞。由于技术娴熟，他的飞机升空时还留下30米飞行甲板没有用上，他的成功对大家无疑是极大的鼓励。到9时21分，其余15架飞机也全部起飞。升空后的B-25陆续飞往日本，航程初期采取2到4架为一组，之后各自散开，贴近海面低空飞行以躲避日军雷达。6小时后，16架B-25于东京时间正午时分陆续飞抵日本上空，轰炸了东京、横滨、名古屋、神户等地的军事和工业目标。虽然一部分B-25遇上了防空炮火以及日机的追击拦截，却没有任何B-25被击落。完成任务后，大部分飞机在中国大陆迫降，绝大多数飞行员得到了中国军民的营救。只有一架轰炸机由于燃料消耗过大，迫降海参崴。为了不造成外交上的麻烦，苏联政府将飞机和5名机组人员扣押。

此次执行任务的B-25每架搭载弹药还不足1吨，空袭东京只是一项象征性的任务。但是，此次轰炸的规模尽管不大，却是美国第一次将炸弹投放到日本国土上。