美军统帅部于1942年1月拟定了空袭日本本土的计划。为此，从陆军飞行员中挑选志愿者，集中在佛罗里达州航空基地，以双引擎“米切尔”式陆军轰炸机进行短距起飞的特殊训练。参加这次作战的舰艇部队有两支：一支以“大黄蜂”号航空母舰为主，编有巡洋舰2艘、驱逐舰4艘及油船1艘；另一支以“企业”号航空母舰为主，也编有巡洋舰2艘、驱逐舰4艘及油船1艘。为执行这次空袭任务，前一部队于1942年4月2日从圣弗兰西斯科出航西进，后一部队于4月8日从珍珠港出航向西北航进。4月13日，这两支部队在中途岛以北海域会合。以“企业”号为旗舰，合编为1个特混编队，由哈尔西海军中将统一指挥，继续向日本方向前进。
“大黄蜂”号载有16架“米切尔”式陆军轰炸机。按原定计划，这些飞机应于4月18日下午从日本本土以东约500海里水域起飞，于当日夜间空袭日本本土，次日昼间飞至中国机场降落。可是，当这支编队于18日晨进至离日本约700海里时，已被日侦察巡逻船(“日东”丸)发现。美军认为，既然已被敌人发现，突然袭击已不可能，若继续深入将会遭到反击，负责空中指挥的美陆军中校詹姆斯·杜利特尔主张立即出击，于昼间实施强袭，哈尔西将军表示赞同。是日9时许，杜利特尔中校亲率16架“米切尔”式轰炸机离舰，向西飞去。特混编队立即转向东行，以避开日本飞机或军舰的反击，25日回到珍珠港。
杜利特尔率领16架飞机，对东京、横滨、横须贺、川崎、名古屋、神户等城市进行轰炸后，向西飞去。1架在海参崴着陆，2架在中国的日军占领区迫降，其余13架在中国机场降落。这次空袭给日本造成的物质损失并不大，但对其军民在精神上的震动颇大，尤其是对其统帅机关的决策产生了重要影响。