神户与大阪：由12号机、13号机、14号机等负责攻击。目标主要是这两座重要港口城市的造船厂、钢铁厂、机械厂以及一些重要的军事设施。
其他目标：还有一些飞机，可能因为导航偏差或者目标临时改变，轰炸了像横须贺（日本海军的重要基地）、川崎等地的其他一些工业或军事目标。
虽然从纯军事角度看，杜立特空袭对日本造成的实际物质损失，其实非常有限。总共也就投下了十几吨炸弹，炸毁或炸伤的工厂、仓库、建筑物数量也不算太多，对日本整体的战争能力，并没有造成伤筋动骨的打击。
但是！这次空袭的心理和政治冲击，却是空前巨大，甚至是难以估量的！
它像一记响亮的耳光，狠狠地抽在了那些一直沉浸在“皇军不可战胜”、“日本本土绝对安全”的狂热迷梦中的日本军政高层和普通民众的脸上！它以一种最直接、也最残酷的方式，向他们宣告：战争，已经打到了你们的家门口！你们所谓的“铜墙铁壁”，并非牢不可破！
完成了对日本本土的轰炸任务之后，杜立特的16架B-25轰炸机，立刻调转机头，向着西南方向，也就是他们预定的降落和避难地点——中国。
然而，等待他们的，却是一段更加艰难、也更加充满了未知和危险的航程。
燃油不足，各自为战：由于起飞位置比原计划远了数百海里，大部分B-25轰炸机在飞抵日本本土上空并完成投弹后，机内的燃油都已经所剩无几，根本不可能再坚持飞到原先预定的、位于中国浙江衢州等地的正规机场了。飞行员们只能依靠最后的燃油，尽可能地向中国大陆方向飞行，然后自求多福，在燃油耗尽前选择迫降或跳伞。
16架飞机，最终的命运各不相同：
15架飞往中国：这15架飞机，在燃油耗尽后，其机组成员大多在中国浙江、江西、安徽、福建等省份的沿海或内陆山区，选择了跳伞或迫降。由于当时正值黑夜，天气恶劣（很多地区下着大雨），再加上地形复杂，很多飞机在迫降时都发生了坠毁，或者机组成员在跳伞后失散。
1架迫降苏联：只有一架B-25轰炸机（由约克上尉驾驶的8号机），因为在轰炸东京时油耗过大，实在无法飞抵中国，被迫改变航向，向北飞往了苏联远东地区的符拉迪沃斯托克附近，并在那里安全迫降。但由于当时苏联与日本签有《苏日中立条约》，为了避免与日本发生冲突，苏联方面将这架飞机的机组成员“软禁”了起来，一年多以后，他们才在一次精心策划的“集体越狱”中，通过伊朗（当时是盟国的势力范围）辗转返回了美国。
通信失误，机场无备：更要命的是，由于担心泄露行动机密，美方在空袭行动之前，并没有告诉中国有这么个行动，那些原先预定作为降落点的中国机场（比如浙江衢州机场），并没有做好迎接美军飞机的准备，机场上甚至没有灯光指引，这就使得那些原本还有希望能够在中国机场安全降落的美军飞机，最终也只能在绝望中选择迫降或跳伞。
尽管困难重重，但当那些跳伞或迫降的美军飞行员，落入中国广大的农村和山区之后，他们却得到了当地中国军民（包括国民党地方部队、共产党领导的游击队以及无数普通的农民、渔民、商人、教师、学生等）奋不顾身的、感人至深的营救和帮助！
在那个战火纷飞、物资极度匮乏的年代，中国人民自己尚且食不果腹，衣不蔽体，但他们却把那些素不相识的、长着黄头发蓝眼睛的“美国朋友”（他们知道这些美国人是来帮中国打日本鬼子的），当成了自己的亲人。他们冒着被日军发现和报复的巨大危险，将受伤的美军飞行员从深山老林里抬出来，藏在自己家里，拿出家里仅有的一点点粮食和药品给他们吃，为他们疗伤，想尽一切办法帮助他们躲避日军的搜捕，并最终将他们安全地护送到后方的国民政府控制区或者游击队根据地。
在这场遍及中国东南数省的大营救中，涌现出了无数可歌可泣的英雄事迹。其中，有一个故事流传甚广，也最能体现中美两国人民在患难中结下的深厚情谊。在浙江沿海的一个小村庄，一对名叫赵小宝的新婚夫妇，在自家的阁楼里，冒着生命危险，藏匿并照料了一名在迫降中受伤的美军飞行员（据说是3号机的投弹手罗伯特·格雷中尉）。他们每天偷偷地给飞行员送饭送水，为他清洗伤口，躲避日军的搜查。后来，在这对善良夫妇和当地村民的帮助下，这名飞行员最终得以安全脱险，回到了美国。1992年，受美国方面邀请，赵小宝及其他帮助过美军飞行员的人们受到当时美国国防部长亲自接见，并授予“荣誉市民”称号，并感谢他们英勇事迹。
最终，参加空袭东京的80名机组成员中：
3人殉职：其中1人在跳伞时因降落伞未能打开而摔死，另外2人在飞机迫降坠毁时牺牲。
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