1938年5月19日，中国空军飞行员徐唤升、佟彦博分别驾驶两架马丁B-10型轰炸机从宁波出发，飞越东海，在日本撒下了100多万张警告传单，这次代号为“人道远征”的行动是日本本土遭受的第一次外国军队的空袭，也是世界航空作战史上绝无仅有的“纸片轰炸”，在二战期间，当天空传来飞机的呼啸，更多的人却没有这么幸运，落在他们头上的不是警告的传单，而是致命的高爆炸弹。
在第一次世界大战期间，战机的速度没有太大的提高，但飞行里程却大大提高了，这使得战略轰炸成为可能，上个世纪的20年代，空军理论家们普遍认为，只要用轰炸机袭击敌国纵深的战略目标体系，单靠战略轰炸就可以赢得战争，意大利的战略家杜黑提出有关制空权的理论，就在全世界产生了广泛的影响。
在1936年到1939年的西班牙内战中，德国开始将这种理论付诸实践：马德里和格尔尼卡多次遭到德国战机的轰炸，人们预测轰炸机在未来的大规模战争中将发挥决定性的作用，但轰炸将不可避免地对无辜百姓造成伤害，最让人恐惧的是战机携带的毒气炸弹，当欧洲大陆又要展开一场大战的时候，各国纷纷为自己的国民配备防毒面具。
1939年9月，2000架飞机突袭波兰，在随后的3周内，德国空军一直在轰炸华沙，德国人的理由是波兰拒绝投降，所以德军不得不把波兰首都华沙作为军事打击的目标，1940年5月，德军以同样的理由空袭了荷兰鹿特丹，在不列颠空战的初期和中期，德军的主要攻击目标是机场、雷达站、码头和飞机制造厂，而不是城市和居民区。对伦敦的轰炸起因于一架德国轰炸机犯下的错误，它在执行任务时错误地将炸弹扔向了伦敦市区，随后英国皇家空军立即采取报复行动，袭击了柏林。
不列颠之战让英国元气大伤，它的陆军没有能力横渡海峡直接进攻德国，于是英国的军事理论家们提出“轰炸机制胜论”，认为持续的战略轰炸能摧毁德国的意志，迫使其战争机器停止运转。邱吉尔认同了这种理论，决定出动飞机大规模轰炸德国的本土。
1940年不列颠空战结束后，德国把80%的兵力用在了苏德战场，对英国的空中进攻采取了绝对的防守姿态，战争之初，德国空军只装备了中型轰炸机，像亨克尔111轰炸机的飞行距离和承载能力都十分有限，这是因为德国只考虑到对邻国实施空中打击，认为没有必要发展远程重型轰炸机，到了战争后期，德国人改变了想法，但它制造的亨克尔177重型轰炸机还停留在试验阶段。
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| 被击落的英国飞机 |
战争爆发前，英国空军也把精力放在发展中型轰炸机上，希望能够在数量上超过德国，但到了30年代后期，重型轰炸机的发展被提上了议事日程，1942年春季，重型轰炸机“兰开斯特”的问世,使皇家空军的持续战略轰炸成为可能。这一年的2月，空军上将阿瑟·哈里斯出任英国皇家空军轰炸机司令部的司令，他主张集中使用大量轰炸机对德国的重要工业城市实施大规模轰炸，摧毁德国的战争能力，这就是他所谓的“面积轰炸”理论，哈里斯的主张获得了丘吉尔的许可，哈里斯指挥的部队对德国长达3年的城市轰炸行动开始了。
1942年4月17日，在英国南安普顿机场，皇家空军的地勤人员在给“兰开斯特”轰炸机装填炸弹，机场指挥室中，莱特上校正在给12名即将执行轰炸任务的飞行员布置任务，他们今天要轰炸德国位于奥克斯堡的潜艇柴油发动机工厂，英国在不列颠空战期间空袭过德国本土，但那只是象征性的，这一次轰炸的目的是要彻底破坏德国的军事生产能力。
德国人没想到英国的轰炸机可以深入到德国腹地进行轰炸，但他们的雷达很快做出了反应，30架“梅塞施米特”战机迅速起飞，升空拦截来袭的英国轰炸机，双方展开了激烈空战，在离轰炸目标还有800多公里时，英国的轰炸机被击落了4架，一架重伤提前返航，2小时后，其余7架英国轰炸机进入空袭目标的上空，在机载雷达指引下进行了密集轰炸，数百枚炸弹摧毁了整个潜艇柴油发动机厂的地上建筑，但英国轰炸机在返航时再次遭到了德国战机的截击，又有2架“兰开斯特”轰炸机被击落，勉强飞回基地的飞机也都弹痕累累，残缺不全。
这次空袭让英国空军损失惨重，但哈里斯仍然坚持对德国大规模的城市轰炸行动，在这年的春季英军共发动了3场空袭，5月30日午夜，哈里斯组织了第一次“千机轰炸”，英军出动了1046架轰炸机空袭德国重镇科隆，共投下了1455吨炸弹，轰炸直接导致469人死亡，400人重伤，14万人无家可归，全城的通讯设施中断了9天。
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| 德国飞行员 |
哈里斯的下一个打击目标是德国的重要港口汉堡，他想通过空前规模的轰炸对这个城市实施毁灭性的打击，这次行动被称为“罪恶城之战”，在这场战役中，哈里斯动用了3000多架次飞机，在10天内一共组织了4次大规模轰炸，投下了9000多吨炸弹，汉堡市区变成了一片火海，火焰形成的炽热气柱高达4000米，这就是著名的“汉堡大火”。英军对汉堡的攻击，让德军大为震惊，不得不从苏德战场撤回空军兵力，用于本土防卫。
德国加强了空中防御系统，雷达、探照灯、高射炮和夜间战斗机严密地部署在各重点城市和敌方轰炸机的必经要道，这些防御措施让英军轰炸机付出了惨重的代价。1942年德国研究出了新的战术来对付英国空军的夜间轰炸，他们在战斗机上装备机载雷达，在英国轰炸机飞向目标和撤离目标时渗透到轰炸机编队中，对轰炸机进行截击，这种战术给英国皇家空军造成了很大的损失。
在1943年1月“卡萨布兰卡”会议上，美英领导人正式制定了旨在摧毁德国的军事、经济和工业力量的大规模空中轰炸计划，这次会议就美英两国对德的战略轰炸进行了分工，英国皇家空军在夜间“不加限制”地对德国城镇目标进行“面积轰炸”，美军第8航空队在白天对德国的军事设施进行精确轰炸。显然美军对军事目标的精确轰炸比英军实施大范围面积轰炸要艰巨得多，美军第8航空队当时的基地建在英国，它拥有被誉为“空中堡垒”的B-17轰炸机群，B-17是波音公司为美国陆军航空队研制的一种全金属结构的重型轰炸机，它能够挂载重达近8吨的炸弹。
B17配备的诺登投弹瞄准器使它能在万米高空对目标进行精确轰炸，考虑到当时战斗机的飞行里程有限，这种远距离轰炸机可能得不到战斗机的有效掩护，设计人员为B-17尽可能多地安装了机载机枪，以提高自卫火力强度。美国的军事理论家自信地认为，像B-17这样的战略轰炸机不再需要护航。
1943年8月17日，美军第8航空队决定组织一次轰炸行动，目标是德国施魏因福特的滚珠轴承厂，因为每一件军事产品的零部件中都会用到滚珠轴承，所以美军把它作为一个非常理想的轰炸目标，由于天气的原因，对施魏因福特的轰炸有些推迟，下午1点，230架B-17组成的轰炸机群陆续升空，向德国飞去。德国防空指挥部觉察到了美军的意图，他们派出所有能升空的战机进行拦截，让德军无法相信的是美军如此规模的轰炸机机群竟然在白天出动而且没有护航。双方展开了激烈的空战，36架B-17被德军击落，美军损失惨重，但这次轰炸摧毁了德国30%的轴承生产能力，使德国的坦克和飞机的生产大幅度减少。
1943年10月14日，美军第8航空队再次空袭了施魏因福特，这一仗美军又损失了60架B-17战斗机，没有哪支部队可以承受连续的严重损失，在接下来的3个月里，美军被迫停止进攻。高昂的代价使美军意识到，没有战斗机护航的轰炸行动是错误的。
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| 德国亨克尔轰炸机 |
盟军有一些护航飞机，例如P-47霹雳战机和P-38雷霆战机，但因为航程有限，它们不能陪同轰炸机深入到德国腹地，这个问题随着P-51野马战机在1944年初的问世才得到解决。
1943年秋天，英国皇家空军轰炸机司令部有了新的作战任务，这一次哈里斯把目标指向了柏林。
1943年8月23日夜晚，英军出动了727架轰炸机空袭柏林，在这以后，英军每天晚上对柏林进行重型轰炸，轰炸持续了4个月，德国严密的地面炮火和空中防御系统使英军轰炸机的损失不断增加，但哈里斯认为这些牺牲是值得的，在11月哈里斯给丘吉尔的信中这样写道：“我们可以炸遍整个柏林，也许这将损失我们400到500架的飞机，但这样做可以使德国输掉整场战争。”
从1943年11月到1944年3月，哈里斯组织了35次对柏林的集中轰炸，轰炸虽然取得了一定的效果，但随着战争的进行，轰炸机损失的数量变得越来越惊人，出动的2万多架次飞机被击毁了1047架，击伤了1682架。在那段时间里，轰炸机司令部的士气开始低落，空军指挥部对哈里斯的柏林轰炸战也反应冷淡。
1944年初，盟军军事领导人举行会议，决定将空军由战略空袭德国城市转为支援诺曼底登陆，盟军轰炸机的主要目标也由德国本土的战略目标转为法国和比利时的交通运输线，它们成功地摧毁了指定的交通设施，而且极大地削弱了德国空军在法国北部的力量。1944年6月6日,盟军打响了诺曼底登陆战，在欧洲开辟了第二战场。
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| 轰炸德国 |
9月，盟军轰炸机又重返德国战场。持续不断的大规模轰炸行动阻碍了德国的燃料供应，11月，德国的石油产量只有战前的5%，由于燃料不足，德国经济几乎陷于瘫痪状态，与此同时，德国地面上的基础设施也不断地遭到破坏，轰炸让所有的德国城市都变成了一片废墟，越来越多的德国人失去了赢得这场战争的信心，德国空军将剩余的战斗机全部派上了天空，用来阻截英美轰炸机，但美军用于护航的野马战斗机彻底击毁了它们。
1944年的德国空军彻底丧失了制空权。仅1月到4月期间,德军在本土防空战中,就有1000多名飞行员战死，到了5月,能够升空作战的飞机不足300架。而盟军的实力却在不断加强,飞行员源源不断地派往前线，威力强大的B-17“空中堡垒”和“兰开斯特”轰炸机也大量生产出来，到1945年4月16日为止，盟军先后对德国进行了近45万次的战略轰炸，共出动飞机400多万架次，投弹270万吨，轰炸严重破坏了德国的战争潜力，对战争的进程乃至全局都起到了至关重要的作用。
然而，从1942年到战争结束，英国皇家空军有72000多名空勤人员阵亡，美国也有58000多名空勤人员阵亡。
在东南亚和太平洋战场，日军在展开东方战场的闪电战以前，也动用了轰炸机。起初，日本人并没有觉得轰炸可以起决定性作用，但他们对菲律宾、新加坡和其他地区的轰炸动摇了当地抵抗力量的士气，这使他们加强了对轰炸的重视。
盟军在二战初期并没有太多地考虑进攻日本本土，1944年6月以前，他们只对日本空袭过一次，那次攻击发生在1942年4月，在杜利特将军的指挥下，从“大黄蜂”号航空母舰起飞的B-25轰炸机对日本进行了轰炸，不过，这次进攻只起到了鼓舞美军士气的作用。
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| 美国B29轰炸机 |
1943年，B-29轰炸机投入了使用，它可以装载9吨炸弹长途飞行6000多公里，从那时起，美军轰炸机就能够从地面基地起飞空袭日本了，B-29是美国波音公司1940年研制的全金属结构的远程轰炸机，绰号“超级空中堡垒”，装有4台18气缸的发动机，能在万米高空进行精确轰炸，是当时世界上性能最好的远程重型轰炸机，它在航程、载弹量方面都有了进一步的提高，9吨多的载弹量基本上相当于现代中程轰炸机的载弹量，这种大载弹量、远距离的轰炸，对于在广阔的太平洋战场上的意义就显得更加突出了，它使得美军可以在较远的距离上，对日本的本土进行大规模的战略轰炸，并对战争的最后结局产生了重要影响。
1943 年 8 月，美国制定了从中国起飞轰炸日本的计划。由于B29轰炸机机体庞大，需要在大型机场上起飞和降落，1943 年 11 月，中国军民开始在成都周围为 B-29 修建广汉、邛崃、新津和彭山4个大型机场，1944年6月15日，从中国的成都起飞的75 架 B-29对日本八幡市钢铁厂进行了空袭，虽然这次轰炸对日本的打击并不严重，但美国人认为这是一个伟大的胜利，因为这是自 1942年杜利特轰炸东京后对日本本土的又一次打击。然而从中国成都起飞的B-29作战半径只能到达日本九州，不能直接轰炸日本本土的重要工业目标，而且由于路途遥远，B-29的飞行事故很多。
1944年夏季，美国军队占领了太平洋中部马里亚纳群岛中的两个岛屿塞班岛和提尼安岛，这让美国人有了一个合适的空军基地，可以使B-29近距离对日本本土展开有效的打击，12月，美军参谋长联席会议根据战况发展，拟定了1945年11月在九州登陆日本本土的作战计划，为此美军加紧了对日本的轰炸，在这之后，美军共动用了48批次B-29飞机对日本的军事区域和东京、名古屋、神户等城市工业区进行轰炸，投下了5000多吨炸弹，不过这些轰炸的精确度令人失望，美军情报人员从拍回来的照片上发现大部分的军事目标都没有被完全摧毁。此外，日本的飞机和地面炮火还击落和重创了大量的B-29轰炸机，这迫使美军的指挥官采取新的战术。
为了减少B-29机群的损失，李梅还建议用夜间低空轰炸取代白天轰炸。1945年3月9日和10日夜间，美军出动了302架B-29夜袭东京，空袭造成了灾难性的后果，火焰熄灭后，东京市中心 41 平方公里的区域被烧成灰烬，大火让东京的25万座建筑付诸一炬，而美军仅损失 14 架 B-29轰炸机。3月底，美军攻占了硫磺岛，硫磺岛的攻占使得美军 P-51野马战斗机能在自己的行程范围内进攻日本，而且能为B-29轰炸机护航，这样B-29就可以恢复白天进攻了。
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| 美国第八航空队B17轰炸机群 |
美军开始大规模使用火攻闪击战，对日本的城市实施昼夜不停的轰炸，从1944年3月到6月3个月的时间里，美军17次对日本的重工业城市进行了轰炸，共出动B-29轰炸机6900多架次，投下的燃烧弹超过41000多吨，几乎把马里亚纳基地的燃烧弹全部用光。
B-29轰炸机在1945年的整个夏天一直不断轰炸日本，摧毁了大部分日本尚存的军需工业，大规模的轰炸遏制了日本的战争潜力，战争时期经济支柱的炼油业、飞机制造业和电子业70%以上的工厂被毁，600多家主要兵工厂受到严重破坏，到了1945年7月，日本的经济力量已经不能支持大规模战争的需要了，虽然日本国内的政治势力也试图通过谈判来求和，但并不打算无条件投降，而且相当一部分人要顽抗到底。
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| 英国国兰开斯特轰炸机 |
在这种情况下，美军计划通过一种威力更大的武器来促使日本无条件投降。当日本的城市广岛和长崎还在庆幸没有遭到美军轰炸的时候，一场更大的灾难即将降临。