日本人的空袭彻底的激怒了美国人，一项自大的山姆大叔们决定以牙还牙，用他们还沒有出事的航母给予日本人以教训，1942年1月21日在白宫召开的参谋总长联席会议上，美国总统弗兰克林·d·罗斯福向与会成员指示军队应尽快组织针对日本的报复性打击。
打击采取空袭的模式，这一概念來自于负责反潜法案参谋次长的海军上校francis low，他曾经几番视察位于弗吉尼亚州诺福克的海军机场，发现那里的跑道涂上了航空母舰甲板上的图案，用作飞机着舰训练，1942年1月30日francis low向海军上将ernest j. king汇报了这一发现，他认为只要加以训练，双引擎的陆基轰炸机能够从航母甲板上起飞，king表示同意，遂任命本已退役的空军中校杜立特负责策划方案并带领行动，杜立特退役之后，从事民用飞机事业，是当时著名的飞行员和航空工程师。
执行空袭的轰炸机方面，要求至少能携带一枚重达2000磅（910公斤）的炸弹续航2400海里（4400公里），在当时所有的飞机中，最终选中了北美航空公司出产的b-25b米切尔轰炸机，军方也曾考虑过b-26 marauder，b-18 bolo和b-23 dragon三款轰炸机，但因各种理由未予使用，b-26起飞时的最短滑行距离超过了航母甲板，b-23的机翼宽度比b-25大了近一半，占地太大，若带上航母，不仅作战飞机数量要削减，更会撞上岛式塔楼，几番斟酌后，杜立特选择了b-18和b-25，但不久b-18也因机翼太宽被淘汰。
但是被选定的b-25属新款飞机，尚未用于作战，这也是杜立特所担心的一点，但之后b-25的测试显示了它足以满足此次空袭的要求，在杜立特首次汇报方案时，他的计划是空袭结束后，飞机可以飞往海参葳，这样航程就可缩短600海里（1000公里），依据租赁法案，着陆之后这些b-25可暂时移交给苏联，机组人员就可返回美国，为此白宫派专员前往苏联密谈，却无果而终，原因就在于苏联于1941年4月早已同日本签订了中立条约，斯大林不想拿同美军合作來得罪日本，白宫认为，即便苏联同意降落，机组人员也有被移交给日方的危险，因此降落苏联的方案遭到否决。
最终美国白宫试探着向正在和日本处于交战行为的中国，也是美国的好伙伴张良提出了飞机价格落在东北或者山东的请求，令美国的高兴的是，张良和中国政府同意了他们的要求。
方案确定使用b-25轰炸机之后，两架b-25搬上了停泊在弗吉尼亚州诺福克的大黄蜂号航母甲板，于1942年2月3日毫不费力地从航母上成功起飞，空袭计划因此迅速得到了批准，第17中型轰炸机大队前往诺福克，开始从中征募志愿者。
接到命令后，大队跨越整个美国迅速机动至位于南卡罗莱纳州哥伦比亚的lexington county陆军航空兵基地，对外宣称将负责美国东海岸的反潜巡逻，实际则是为空袭日本作准备，大队于2月9日正式迁移至哥伦比亚，作战人员被告知他们有机会参加一项极为危险的任务，愿意参加者自愿报名，出于保密方面的考虑，对大队任何官兵都沒有透露任务内容，2月17日，第17大队脱离陆军航空兵第8轰炸机军团。
初期方案中，空袭需要20架轰炸机，因此从第17大队挑选了24架b-25b米切尔轰炸机，将其运抵mid-continent航空公司位于明尼苏达州minneapolis的改造中心进行改装，具体的改装包括：
1. 拆除机腹炮塔中的机枪；
2. 考虑到可能会遇到比较寒冷的天气，在机翼前端和机尾安装了除冰器，防止燃油冻结；
3. 在顶部机枪周围加装通风钢板；
4. 为防止飞机方位暴露，行动全程无线电静默，因此无线电收发器无有用处，予以拆除；
5. 在投弹舱加装副油箱，最初使用265加仑钢制油箱，由于漏油严重而改为225加仑橡皮油箱，在投弹舱上方加装160加仑的折叠式橡皮油箱，用完里面的油料后可以将其压瘪折叠；
6. 在机腹炮塔里安装110加仑的金属副油箱，使b-25的总燃油载重从原先的646加仑提高到1141加仑；
7. 考虑到一旦抵达中国上空尚需时间寻找可供降落的机场，燃油仍需多带一些，所以在飞机尾部的无线电员座舱装一个60加仑和十个5加仑的小油箱，要求机枪手在飞行过程中不断将小油箱里的油料加注到炮塔副油箱里，然后在小油箱上钻上孔，再扔出飞机，使小油箱能很快沉入大海，不给日军留下任何追踪机群的痕迹；
8. 改进炸弹舱的炸弹挂钩，使之能够在加装了副油箱的狭小空间里安装两枚227公斤的爆破弹和一枚454公斤的燃烧弹，燃烧弹为子母弹，内有128枚3千克子燃烧弹；
9. 考虑到尾部炮塔的双管12.7毫米机枪性能并不可靠，时常出现卡壳，决定卸掉尾部机枪以减轻飞机载荷，但为了保护飞机不至于受到來自后方的攻击，因此在机尾安装了两根涂成黑色的木棍，模拟机枪枪管，这种“稻草人”机枪在实战中还颇有效果，在轰炸东京时，负责拦截的日军飞行员远远看去，难辩真假，倒也不敢轻易从后面发动攻击；
10. 卸下norden轰炸瞄准器，安装以飞行员上尉c. ross greening发明的代用瞄准器，这是因为norden瞄准器含尖端科技，考虑到飞机迫降敌占区的风险，很可能会落入日军手中，因此拆除，ross greening发明的代用瞄准器非常廉价，材料仅价值20美分，由于成像色彩度不高，被同行们起了个绰号，：“马克·吐温”，（马克·吐温的眼睛患有色盲症，因此同行们拿來嘲讽成像色彩度不高的瞄准器）；
11. 为了减少重量和避免起火，卸下照明弹，只在有装甲保护的飞行员座位后留了两枚，供夜间着陆时使用；
12. 改装的24架轰炸机中，在两架上安装摄影机随行抓拍轰炸效果。
与此同时，这24架飞机的机组人员全部征集完毕，前往改造中心所在地minneapolis，从1942年3月1日开始陆续驾驶改装好的24架b-25b飞往佛罗里达州的eglin机场，在那里，机组人员接受为期三周的高强度训练，将第8空军基地auxiliary1号机场的wagner滑行跑道涂装成航母甲板，驾驶b-25b模拟起飞，并进行低空飞行，夜航，低空投弹和水上导航。
1942年3月25日，剩下的22架b-25b从eglin起飞，抵达加州mcclellan机场，两天后飞往sacramento飞机补给站进行最终的调整，接着在3月31日，总共16架确定参加任务的b-25陆续飞往加州海军alameda航空站，随后，航母大黄蜂号抵达alameda，其中的15架执行投弹任务，率先搬上航母，但在第16架b-25的登船问題上，海军担心甲板上容不下，故一直阻挠，杜立特团队与海军方面持续商谈，直到航母将要出发前的最后一刻，海军才同意放行，得以让第16架b-25挤上大黄蜂号甲板，参与空袭行动，整个行动始终采取高度保密措施，参与行动的所有成员直到大黄蜂从旧金山出发之后才被告知此次任务的内容。
1942年4月1日，16架经过改造的b-25轰炸机和每架5名机组成员，再加上地勤维护人员，总计71名文职和130名作战人员，从旧金山的alameda登上了大黄蜂号，每架b-25配备了4枚特别定制的500磅（225公斤）炸弹，4枚炸弹中，3枚填装高爆炸药，1枚为子母燃烧弹，这种燃烧弹呈长条棒状，上百根捆绑在一起挂入投弹舱，在投出机舱后，会分散开來，大面积燃烧目标，在行动出发后由全体作战人员合影留念时，杜丽特中校颇具深意地在5枚炸弹的尾翼系上了日本的“友好”奖章，，都是在战前由日本政府授予美军官兵的奖章，杜丽特非常明白地告诉大家，用炸弹顺路帮个忙，让这些个虚伪的奖章统统滚回老家。
此时日本人还沉浸在辉煌的大胜当中，在于中国人屡战屡败后悔纵欲尝到了胜利的滋味，根本不知道美国的反击这么快就到來了，