李振華將作戰計劃交給楊文翰、黎玉審核，兩人沒有意見，于是李振華以此計劃為基礎去找陳師長商議，兩人又對計劃作調整，最終形成定案。與上次反掃蕩作戰一樣，如果發生大規模戰事，主要指揮仍由陳師長負責，李振華從旁協助，同時負責協調沂蒙軍區部隊。兩人一直合作的很愉快，李振華很尊敬陳師長的權威，陳師長也很重視李振華的意見。這是在目前山東根據地跨部隊之間最適合的指揮方式。
杜立特轟炸機群、延安航空隊又開始了對華北、華中的日軍機場進行了轟炸，同時利用轟炸機向山東根據地輸送燃油、物資。轟炸機群以小編隊的方式進行交叉轟炸，讓日軍無法準確判斷機群數量。轟炸機轟炸一個地方後又轉到另一個地方轟炸，單架轟不會一次性投完彈返航。中途兩三架飛機偷摸著下到沂蒙機場，飛機一落地，跑道馬上起飛相同數量的轟炸機。在轟炸的情況下，日軍很難發現這一問題。
半個月來，經過5輪轟炸，華北、華中日軍機場損毀嚴重，日軍航空隊有些被摧毀，有些轉到東北，有些轉到長江以南，杜立特轟炸機群掌控了華北、華中的天空。
期間沂蒙軍區加強了根據地的管控，李振華命令軍工部將生產好的燃燒彈、凝固汽油彈運到了沂蒙機場山洞倉庫。
1943年1月18日凌晨，轟炸日本本土的計劃正式實施，杜立特轟炸機群分成十批，有5架b24在沂蒙機場待命，轟炸機上帶的是沂蒙軍區的航彈，其余9批從西安機場起飛。
當從西安飛來的第一撥5架轟炸機到達沂蒙機場上空時，沂蒙機場上的5架轟炸機立即起飛，天空中的轟炸機依次下降，加注燃油。同樣等第二撥轟炸機到達沂蒙機場上空時，第一撥飛機起飛，最後一拔5架轟炸留在沂蒙機場機庫侍命。這是李振華特意提出的要求，目的就是為了隱蔽機場。李振華的理由很充分，看看衢州機場周邊的慘狀，杜立特就沒有辦法拒絕。
第一撥5架轟炸機轟炸的目標是東京，機組人員被告知，沂蒙軍區的炸彈分為燃燒彈、凝固汽油彈、普遍航彈。日本的軍工企業很多是以家庭作坊的形式存在，大多就藏在居區，燃彈、凝固汽油彈特別適合轟炸這一區域。機組人員欣然接受了這一觀點。當他們到達東京上空時，毫不猶豫的在高空向居民區投放了燃燒彈和凝固汽油彈。b24轟炸機配備了高空瞄準設備，其核心設備為?諾頓轟炸瞄準具?，可在萬米高空保持精確投彈。
日本大本營參謀部參謀總長杉山元正好在皇宮和裕仁天皇喋喋不休的保證美軍失去浙江前進機場後，再無能力空襲日本本土。防空警報聲突然響起，緊接著激烈的爆炸從外面傳來。立即有侍從引導裕仁、杉山元進入防空洞，走在後面的杉山元臉色青紫。這已經不是他第一次丟臉了，1937年杉山元稱三個月解決中國事變，1941年杉山元又稱三個月擊敗美國，這次杉山元的臉又一次被結結實實的打腫了。
日本皇宮以東居民區燃起熊熊大火，消防隊緊急去撲救，但意外的是當消防水龍打到火場，反而引起了二次爆炸，濃稠的膠狀物飛濺到周邊，引起更大的火災。有的飛濺到日本人的身上，日本人試圖拍打或翻滾滅火，反而會擴大燃燒範圍，火勢蔓延至全身?，被活活燒成了焦炭，場面極其殘酷。b一25轟炸機拍到了爆燃的畫面。2噸不到的凝固汽油彈造成了大面積的火災。日本消防隊無奈只好組織民力拆除房屋，形成隔離帶才控制了火勢。
與此同時，日本其他工業城市也遭到了轟炸，九州島八幡鋼鐵廠、神戶造船中心、名古屋飛機制造中心、瀨戶的化工中心等都遭到了不同程度破壞。
日軍零式戰機緊急升空攔截，但攔截效率出奇的差，零式會火力嚴重不足，77毫米機槍和101novel.com毫米機炮，對b24這種重型轟炸機的毀傷效率極低。即使命中發動機或機身，b24仍能繼續飛行?。反而是b24的防御機槍（如127毫米勃朗寧）一次掃射即可重創零式，因其機身輕量化設計導致防護極其薄弱?。
杜立特整個轟炸機群只損失了兩架轟炸機，幾乎全身而退，轟炸完後，轟炸機群立即返航，只有三架轟炸機因受損飛往了沂蒙機場，其余全部安全飛往了西安機場。
三架受損轟炸機在沂蒙機場順利降落，受損飛機立即被轉至飛機庫，機組人員轉運到停放在沂蒙機場的三架轟炸機上，立即飛往西安。在根據地外觀察似乎只是三架轟炸機途經沂蒙地區上空而已。
這次轟炸在日本本土引起了極大的震動，工業區受到損失不算，特別是東京居民區的大火造成3千余人燒成了焦炭，引起東京市民的極大恐慌。日本軍部、中國派遣軍受到斥責，總參謀長杉山元更是被訓斥的抬不起頭來。
日軍在中國的特務機關立即展開調查，很快查清襲擊日本本本士的轟炸機是從西安機場起飛，型號是b24，數量是45架，各種信息對比確認無疑。起初日軍懷疑有中繼機場，但後來日本人各種途徑得到了b24性能參數，得知b24航程6000公里，日本航空專家認為拆除部分設備，減少載彈量，b24轟炸機有能力從西安出發打擊日本本土。這也與日本受到轟炸規模相符，調查出的結果讓日軍更加難受。
沂蒙機場險又險的避免了暴露，但沂蒙軍區還不清楚，李振華他們還在嚴密監控周邊日軍部署的變化。
日軍中國派遣軍調集長江以南的航空隊，通過秘密修建的簡易機場，對西安機場進行了空襲，炸毀了沒有撤走的12架b24轟炸機。
杜立特根本就不在乎，轟炸機很快就能得到補充，他現在關注的是沂蒙軍區的凝固汽油彈，他從機組人員的講述中、從轟炸機拍攝的照片中看到這種戰器的威力。
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