Ces 11 280 bombes AN-M-69 contenaient chacune 38 sous-munitions avec du napalm. Au total, 451 200 bombes incendiaires sont tombées en deux heures sur la ville, essentiellement construite en maisons de bois facilement inflammables.
Cela a provoqué une tempête de feu dont la température à l'épicentre atteignait 1 000°C, ce qui faisait fondre les rails de tramway et les lampadaires, ne laissant littéralement rien des personnes qui s'étaient retrouvées dans cet enfer. Selon les pilotes des B-29, les appareils étaient propulsés par les flux d'air chaud remontant à des centaines de mètres vers le haut, sachant que les ailes de certains appareils se brisaient. L'incendie était visible à 300 km. Au final, plus de 330 000 maisons, bâtiments commerciaux et publics sur une superficie de 41 km² ont complètement brûlé, alors que les usines de Tokyo sont restées pratiquement intactes car les bombardements ne visaient pas les quartiers industriels mais résidentiels.
Selon le rapport de la police de Tokyo, 83 793 corps ont été ramassés après le bombardement mais c'est loin d'être un chiffre exhaustif car de nombreux corps ont complètement brûlé. De nombreuses victimes sont également décédées dans les jours qui ont suivi. Ainsi, le nombre total de victimes s'est élevé à 120 000-130 000 morts, même si certains historiens l'évaluent jusqu'à 200 000 morts. Plus d'un million d'habitants de Tokyo ont perdu leur foyer et leurs biens. Cependant, cela n'a pas affecté la détermination des autorités japonaises à continuer la guerre.
Le raid a "coûté" aux Américains 27 bombardiers lourds et 270 membres d'équipage. 14 appareils sont été abattus par des chasseurs de nuit, 13 autres ont disparu ou ont été détruits par les flux de chaleur. 42 appareils ont été endommagés mais ont réussi à rejoindre leur aérodrome.
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