LeMay comandou as seguintes operacións de combate do B-29 Superfortress contra o Xapón, incluíndo ataques incendiarios masivos en 67 cidades xaponesas e os bombardeos atómicos de Hiroshima e Nagasaki. Isto incluíu o bombardeo de Tokio
Coñecido nos documentos oficiais como o ataque aéreo da "Operación Meetinghouse" na noite do 9 ao 10 de marzo de 1945, que resultou ser o bombardeo máis destrutivo da guerra. Para este primeiro ataque, LeMay ordenou a retirada das armas defensivas de 325 B-29, cargando cada avión con bombas incendiarias M-47, bombas de magnesio, bombas de fósforo branco e napalm, e ordenou aos bombardeiros voar en torrentes sobre Tokio. LeMay describiu a Operación Meetinghouse dicindo que "os Estados Unidos finalmente deixaron de golpear moscas e foron tras o monte de esterco".