進入1945年，美軍除了白天的精確轟炸以外，也開始了用燃燒彈對日本城市進行大規模轟炸的嚐試。雙方的對抗日趨慘烈，勝負的天平開始向美軍一方無可逆轉的沉去。
1月14日，B-29機群再度出擊名古屋三菱飛機製造廠。302空包括月光分隊在內的可出動飛機全體起飛迎戰。交戰中302空月光分隊長，遠藤幸男大尉在擊落一架美機後自身也被美機擊落。他本人中彈負傷跳傘落地後死亡，最終戰績為9個。當日302空的全部擊落記錄也僅此一例。
2月10日，73轟炸機聯隊加上新趕到塞班島參戰的313轟炸機聯隊共118架B-29聯手出擊，目標是中島飛機公司太田飛機製造廠。302航空隊和陸軍航空兵部隊一道起飛迎戰。交戰中，夜間戰鬥機分隊的一架彗星夜戰擊落擊傷B-29各一架，這是改裝為夜間戰鬥機的彗星的第一個戰果。當日，日本陸海航宣稱擊落美機18架，美軍因各種原因實際損失12架。
進入3月，在第20轟炸機司令部新任司令官李梅將軍的主導下，美軍各B-29部隊調整了攻擊戰術，以夜間大規模燃燒攻擊的方式取代了過去常用的晝間精確牧師轟炸。新戰術十分頂用，東京、大阪、名古屋、神戶等一個又一個城市被B-29投下的燃燒彈從地球上抹去。
對於這種攻擊方式，日軍幾乎毫無辦法。由於缺少可用的機載雷達，三個海軍航空隊的夜間戰鬥機很難在夜空中捕捉到目標，沒有取得任何擊落記錄。
4月7日白天，大批B-29轟炸機出現在日本上空。令日軍相當驚訝的是，這一次美機僅保持在4000-5000米的高度上飛行。這個高度是日軍任何戰鬥機型都能充分發揮效能的最有利高度，一時間，日本陸海軍飛行員都為米鬼的“昏招”而振奮不已。
首先接戰的是302航空隊夜戰分隊的彗星和彩雲夜間戰鬥機。日軍飛行員先駕機爬升到B-29編隊的前上方試圖投擲炸彈以打散美機的編隊。就在這時，他們注意到有一些尖鼻子的小飛機在美機編隊周圍鑽來鑽去。“陸軍的飛燕這次幹得不錯嘛”，就在日軍飛行員們這樣想著的時候，這些看起來有點像陸航的Ki-613式戰鬥機的小飛機卻從機翼上噴出了火舌。這些小飛機根本不是日本陸軍的3式戰鬥機，而是公認為二戰期間最優秀戰鬥機的P-51D野馬戰鬥機。有野馬護航，難怪B-29敢於在白天中高度飛行。
在P-51D的攻擊下，302空夜戰分隊有3架月光和彗星、彩雲各一架被擊落、210空也損失了一架月光。
在野馬戰鬥機麵前，日本陸海軍的各種夜間戰鬥機或笨重或脆弱，根本沒有任何生還的可能。有了野馬的護航，東京上空對於B-29機群來說已經是完全敞開的，白天炸，夜裏燒，想來就來想走就走。為了保存實力，日本陸海軍的夜間戰鬥機不得不就此退出白天的戰鬥，躲在掩體內等待夜晚。
4月12日，302空夜戰分隊的兩個不服氣的月光機組躲在富士山北側的空中試圖尋機伏擊通過的B-29機群。結果被護航的P-51D逮個正著。兩架月光全部被擊中不得不迫降，一名機組成員重傷。
4月13日-14日夜，美軍的空襲達到了曆史的最高峰。當日，第20航空隊共出動327架轟炸了位於東京赤宇區的東京兵工廠。15-16日夜，303架B-29又把東京和川崎的部分街區化成了壯觀的火海。
由於難以識別敵我，在夜間空戰中302航空隊的夜間戰鬥機通常不會進入由陸軍負責的內陸上空迎戰，而主要在東京灣上空待機。這也是海軍夜間戰鬥機很少在本土防空作戰中取得夜間戰績的主要原因。不過橫須賀航空隊不歸小園安名大佐指揮，可以完全不理他那一套。在4月15日-16日夜間的空戰中，隸屬於橫須賀航空隊的由倉本十三上飛曹，黑鳥四朗少尉組成的月光夜戰機組就因此獲得了成功。
黑鳥機組所駕駛的是一架加裝了FD-2截擊雷達的月光夜戰。說來也奇怪，在別的部隊從來被抱怨為毫無用處的死重量FD-2雷達在黑鳥少尉手中就相當頂用。利用截擊雷達的引導，黑鳥機組在川崎市區上空截獲了一架B-29並在美機後下方占位成功。斜向機炮噴出了火舌將這架B-29當場擊落。隨後，黑鳥機組又捕捉到了第二個目標並將其擊傷。
當夜的戰鬥中，美軍共損失了12架B-29，川崎市有28平方公裏的街區化為黑灰，鬼畜李梅再度大獲全勝。
5月8日，德意誌帝國正式向盟國無條件投降。在這個重大勝利的鼓舞下，李梅又向日本的城市發起了更大一輪的火燒攻勢。