日本人的空襲徹底的激怒了美國人，一項自大的山姆大叔們決定以牙還牙，用他們還沒有出事的航母給予日本人以教訓，1942年1月21日在白宮召開的參謀總長聯席會議上，美國總統弗蘭克林·d·羅斯福向與會成員指示軍隊應儘快組織針對日本的報復性打擊。
打擊採取空襲的模式，這一概念來自於負責反潛法案參謀次長的海軍上校francis low，他曾經幾番視察位於弗吉尼亞州諾福克的海軍機場，發現那裡的跑道塗上了航空母艦甲板上的圖案，用作飛機着艦訓練，1942年1月30日francis low向海軍上將ernest j. king彙報了這一發現，他認爲只要加以訓練，雙引擎的陸基轟炸機能夠從航母甲板上起飛，king表示同意，遂任命本已退役的空軍中校杜立特負責策劃方案並帶領行動，杜立特退役之後，從事民用飛機事業，是當時著名的飛行員和航空工程師。
執行空襲的轟炸機方面，要求至少能攜帶一枚重達2000磅（910公斤）的炸彈續航2400海里（4400公里），在當時所有的飛機中，最終選中了北美航空公司出產的b-25b米切爾轟炸機，軍方也曾考慮過b-26 marauder，b-18 bolo和b-23 dragon三款轟炸機，但因各種理由未予使用，b-26起飛時的最短滑行距離超過了航母甲板，b-23的機翼寬度比b-25大了近一半，佔地太大，若帶上航母，不僅作戰飛機數量要削減，更會撞上島式塔樓，幾番斟酌後，杜立特選擇了b-18和b-25，但不久b-18也因機翼太寬被淘汰。
但是被選定的b-25屬新款飛機，尚未用於作戰，這也是杜立特所擔心的一點，但之後b-25的測試顯示了它足以滿足此次空襲的要求，在杜立特首次彙報方案時，他的計劃是空襲結束後，飛機可以飛往海蔘葳，這樣航程就可縮短600海里（1000公里），依據租賃法案，着陸之後這些b-25可暫時移交給蘇聯，機組人員就可返回美國，爲此白宮派專員前往蘇聯密談，卻無果而終，原因就在於蘇聯於1941年4月早已同日本簽訂了中立條約，斯大林不想拿同美軍合作來得罪日本，白宮認爲，即便蘇聯同意降落，機組人員也有被移交給日方的危險，因此降落蘇聯的方案遭到否決。
最終美國白宮試探着向正在和日本處於交戰行爲的中國，也是美國的好夥伴張良提出了飛機價格落在東北或者山東的請求，令美國的高興的是，張良和中國政府同意了他們的要求。
方案確定使用b-25轟炸機之後，兩架b-25搬上了停泊在弗吉尼亞州諾福克的大黃蜂號航母甲板，於1942年2月3日毫不費力地從航母上成功起飛，空襲計劃因此迅速得到了批准，第17中型轟炸機大隊前往諾福克，開始從中徵募志願者。
接到命令後，大隊跨越整個美國迅速機動至位於南卡羅萊納州哥倫比亞的lexington county陸軍航空兵基地，對外宣稱將負責美國東海岸的反潛巡邏，實際則是爲空襲日本作準備，大隊於2月9日正式遷移至哥倫比亞，作戰人員被告知他們有機會參加一項極爲危險的任務，願意參加者自願報名，出於保密方面的考慮，對大隊任何官兵都沒有透露任務內容，2月17日，第17大隊脫離陸軍航空兵第8轟炸機軍團。
初期方案中，空襲需要20架轟炸機，因此從第17大隊挑選了24架b-25b米切爾轟炸機，將其運抵mid-continent航空公司位於明尼蘇達州minneapolis的改造中心進行改裝，具體的改裝包括：
1. 拆除機腹炮塔中的機槍；
2. 考慮到可能會遇到比較寒冷的天氣，在機翼前端和機尾安裝了除冰器，防止燃油凍結；
3. 在頂部機槍周圍加裝通風鋼板；
4. 爲防止飛機方位暴露，行動全程無線電靜默，因此無線電收發器無有用處，予以拆除；
5. 在投彈艙加裝副油箱，最初使用265加侖鋼製油箱，由於漏油嚴重而改爲225加侖橡皮油箱，在投彈艙上方加裝160加侖的摺疊式橡皮油箱，用完裡面的油料後可以將其壓癟摺疊；
6. 在機腹炮塔裡安裝110加侖的金屬副油箱，使b-25的總燃油載重從原先的646加侖提高到1141加侖；
7. 考慮到一旦抵達中國上空尚需時間尋找可供降落的機場，燃油仍需多帶一些，所以在飛機尾部的無線電員座艙裝一個60加侖和十個5加侖的小油箱，要求機槍手在飛行過程中不斷將小油箱裡的油料加註到炮塔副油箱裡，然後在小油箱上鑽上孔，再扔出飛機，使小油箱能很快沉入大海，不給日軍留下任何追蹤機羣的痕跡；
8. 改進炸彈艙的炸彈掛鉤，使之能夠在加裝了副油箱的狹小空間裡安裝兩枚227公斤的爆破彈和一枚454公斤的燃燒彈，燃燒彈爲子母彈，內有128枚3千克子燃燒彈；
9. 考慮到尾部炮塔的雙管12.7毫米機槍性能並不可靠，時常出現卡殼，決定卸掉尾部機槍以減輕飛機載荷，但爲了保護飛機不至於受到來自後方的攻擊，因此在機尾安裝了兩根塗成黑色的木棍，模擬機槍槍管，這種“稻草人”機槍在實戰中還頗有效果，在轟炸東京時，負責攔截的日軍飛行員遠遠看去，難辯真假，倒也不敢輕易從後面發動攻擊；
10. 卸下norden轟炸瞄準器，安裝以飛行員上尉c. ross greening發明的代用瞄準器，這是因爲norden瞄準器含尖端科技，考慮到飛機迫降敵佔區的風險，很可能會落入日軍手中，因此拆除，ross greening發明的代用瞄準器非常廉價，材料僅價值20美分，由於成像色彩度不高，被同行們起了個綽號，：“馬克·吐溫”，（馬克·吐溫的眼睛患有色盲症，因此同行們拿來嘲諷成像色彩度不高的瞄準器）；
11. 爲了減少重量和避免起火，卸下照明彈，只在有裝甲保護的飛行員座位後留了兩枚，供夜間着陸時使用；
12. 改裝的24架轟炸機中，在兩架上安裝攝影機隨行抓拍轟炸效果。
與此同時，這24架飛機的機組人員全部徵集完畢，前往改造中心所在地minneapolis，從1942年3月1日開始陸續駕駛改裝好的24架b-25b飛往佛羅里達州的eglin機場，在那裡，機組人員接受爲期三週的高強度訓練，將第8空軍基地auxiliary1號機場的wagner滑行跑道塗裝成航母甲板，駕駛b-25b模擬起飛，並進行低空飛行，夜航，低空投彈和水上導航。
1942年3月25日，剩下的22架b-25b從eglin起飛，抵達加州mcclellan機場，兩天後飛往sacramento飛機補給站進行最終的調整，接着在3月31日，總共16架確定參加任務的b-25陸續飛往加州海軍alameda航空站，隨後，航母大黃蜂號抵達alameda，其中的15架執行投彈任務，率先搬上航母，但在第16架b-25的登船問題上，海軍擔心甲板上容不下，故一直阻撓，杜立特團隊與海軍方面持續商談，直到航母將要出發前的最後一刻，海軍才同意放行，得以讓第16架b-25擠上大黃蜂號甲板，參與空襲行動，整個行動始終採取高度保密措施，參與行動的所有成員直到大黃蜂從舊金山出發之後才被告知此次任務的內容。
1942年4月1日，16架經過改造的b-25轟炸機和每架5名機組成員，再加上地勤維護人員，總計71名文職和130名作戰人員，從舊金山的alameda登上了大黃蜂號，每架b-25配備了4枚特別定製的500磅（225公斤）炸彈，4枚炸彈中，3枚填裝高爆炸藥，1枚爲子母燃燒彈，這種燃燒彈呈長條棒狀，上百根捆綁在一起掛入投彈艙，在投出機艙後，會分散開來，大面積燃燒目標，在行動出發後由全體作戰人員合影留念時，杜麗特中校頗具深意地在5枚炸彈的尾翼繫上了日本的“友好”獎章，，都是在戰前由日本政府授予美軍官兵的獎章，杜麗特非常明白地告訴大家，用炸彈順路幫個忙，讓這些個虛僞的獎章統統滾回老家。
此時日本人還沉浸在輝煌的大勝當中，在於中國人屢戰屢敗後悔縱慾嚐到了勝利的滋味，根本不知道美國的反擊這麼快就到來了，