東京大轟炸是第二次世界大戰期間美國陸軍航空隊對日本首都東京的一系列大規模戰略轟炸，主要指1945年3月10日、5月25日兩次轟炸。東京大轟炸史稱“李梅火攻”。
據有關史料記載，早在1941年的珍珠港事件後，美國曾派出16架B-25轟炸機襲擊日本的東京、橫濱、名古屋和神户的油庫、工廠和軍事設施。但這次攻擊主要上是象徵性的任務。而且在將近兩年多的時間裏美軍都沒有條件組織對日本本土的戰略轟炸。
當美國成功發展B-29超級空中堡壘式轟炸機後，美軍才有能力對日本作出有實質作用的戰略轟炸。B-29轟炸機的時速達563千米/小時，飛行高度超過1萬米，續航里程為6430千米。打擊距離達到2400千米，並能攜帶9000公斤的炸彈。當時軸心國的戰鬥機很少能達到此高度，即使達到也追不上它們的速度。
1944年6月15日，美軍開始首輪使用B-29轟炸機對日本進行襲擊。當時，47架B-29轟炸機從中國成都起飛，轟炸位於日本九州島的八幡鋼鐵廠。但這次攻擊並沒有造成太大的破壞。當時美軍並未攻佔馬里亞納羣島、硫磺島等軍事基地，如果由中國出發則會有補給問題，而且距離也太遠，由中國起飛的B-29轟炸機必須減少載彈量以運載燃料，因此B-29在中國的日子裏，只能對日本發動了有限的攻擊。
1945年1月，柯蒂斯·李梅少將被任命為第21轟炸機部隊司令，2月19日，第20航空軍的指揮部發出了將“試驗性”燃燒彈空襲提到了優先位置的新命令。美軍在1945年2月23日至24日首次對東京採取大規模燃燒彈攻勢，當晚174架B-29轟炸機在東京拋下大量凝固汽油彈，把東京約2.56平方千米的地方焚燬。這更堅定了李梅實施大規模夜間火攻的決心。
李梅重新評估局勢，想出了一個重大的戰術變化。他決定在下次的任務中，拆除轟炸機上所有的槍炮炮塔以及彈藥，以減輕 B-29 的重量，以攜帶更多的燃燒彈，引發大火來震撼日本國民，破壞散佈在居民區的生產零部件和預製件的小作坊，達到徹底癱瘓日本軍事工業的目的。為避免不必要的傷亡，空襲時各轟炸機單獨轟炸而不進行編隊。由前面的轟炸領導機首先投彈, 引入目標區。該計劃使已經習慣了安全的高空投彈方式的戰鬥機組人員疑慮重重。李梅發現日軍夜戰裝備不足，而且李梅決定延後將計劃呈送華盛頓的時間，由自己承擔這次作戰任務的全部責任。
1945年3月10日，美軍派出334架B-29轟炸機從馬利亞納羣島出發，再次使用凝固汽油彈對東京進行持續2小時的轟炸，每架飛機攜帶6至8噸燃燒彈，燃燒面積可達6500平方米。當時，兩架導航機首先到達東京上空，在預定目標區下町地區投下照明彈，接着投下燃燒彈，為後續飛機指示目標。隨後大批轟炸機接着以單機間隔依次進入投擲燃燒彈，火勢迅速蔓延開來。當晚東京出現火災旋風，334架B-29共投下了超過2千噸燃燒彈，產生的高温足以市區包括人體在內所有可燃物燒着，近41平方千米的地方被焚燬，主要是皇居以東的地區，東京約有四分之一被夷為平地，其中18%是工業區，63%是商業區，其餘是住宅區。計劃中的22個工業目標全部摧毀，26萬7千多幢建築付之一炬，上百萬人無家可歸，8萬多人被燒死，10萬被燒傷。空襲中有9架B-29被擊落，5架負重傷並在海面迫降，42架受傷轟炸機和其餘轟炸機安全返回了基地。
東京大轟炸可能是人類歷史上最具破壞性的非核武空襲，這比二次大戰中任何一次軍事行動都造成了更多的傷亡，投下逾2千噸燃燒彈。東京約1/4被夷為平地，近10萬人死亡，26.7萬幢建築付之一炬。破壞力可以和後來的原子彈爆炸相比。大火之後日本政府花了二十五天的時間才將燒焦的屍體清除完畢。
火攻東京後不到30小時，317架B-29轟炸機又夜襲名古屋，使該市的飛機制造中心化成一團火焰。13日，日本第二大城市大阪也遭到了300架B-29轟炸機的轟炸，使用了1700噸燃燒彈， 20多平方公里的市區在3小時內焚燬。16日，美軍又轟炸神户，使其造船中心被摧毀。美軍於四、五、六月又大舉空襲日本各大中小城市。
1945年4月13日，皇宮與宮殿一部分被焚燒，明治神宮焚燬。1945年7月4日時美軍宣佈當時日本已遭受10萬噸炸彈的轟炸。美軍轟炸過程中許多東京市民逃離出城。李梅派美機投下警告傳單，通知下一步轟炸的目標，使他們更加恐懼。僅東京就有上百萬人逃亡農村，工廠工人的出勤率不到從前的一半。轟炸東京及其它城市使日本戰時經濟陷入癱瘓。