盡管被大火包圍，最初的時候，居民們還試圖發揮他們在消防演習中所練習的技術，往每個炸彈上猛倒水或沙子，並且向警察、消防隊員和少數訓練有素的救援工作者們請示指令。政府權力部門曾經說過，如果每個家庭都盡自己的一份力，每個社區都進行自保的話，那麼整個城市就可以安然無恙。但是沒有一個人能夠想到，敵機不僅投下了凝固汽油彈，還在每平方英裏的範圍內投下了多達25噸的充滿原油的炸彈，而且大風也飛速地席卷了全城。
麵對這一切，市政的專業以及業餘消防隊員全都無能為力。火變得極熱，煙也極濃，有的人肺部被熏壞了。人們跌倒在路上，在痛苦中不斷衰弱下去。不久之後，大街小巷都擺滿了一排排焦黑的屍體，這些人在試圖從大火的吸氧洞裏逃走的時候，窒息並被燒死。在猛烈的大風裏，即使那些已經逃出大火範圍的人，也會因為被風刮來的火星而點著，那些把嬰兒綁在背上的母親們發現孩子身上也著了火。
皇宮的主要建築被燒成了白地。燃燒彈在東京鬧市區引起的大火，越過護城壕，燒到了皇宮。天皇在他的地堡裏躲過了空襲之後，出麵感謝數以千計力圖搶救皇宮的滅火者。
警報解除的笛聲在淩晨5點鍾響起。那些在大火中僥幸逃得一命的人們筋疲力盡地癱倒在地。杉浦由子後來在一首詩中回憶著：“黎明時分，從空襲的火海中逃出，我和孩子就在大街上沉沉入睡。”在一些地方，大火整整燒了4天才熄滅。
在3月10日以及其後的好幾天裏，屍體隨處可見：有一家人堆在一起的，有相鄰的住戶們堆在一起的，還有成疊、成堆甚至像一座小山似的堆在學校和醫院周圍的。丈夫和妻子緊緊擁抱著被燒得熔為一體，燒成焦炭的嬰兒還緊緊地攀附在母親、姐姐或者祖母的懷裏。還有一些屍體保持著直立的姿勢，雙腿緊繃，胳膊伸開，仿佛要奮力逃離火場的樣子。一位陸軍軍醫在黎明時分沿著隅田川河岸走時，發現“河中漂浮著數不清的屍體，有穿著衣服的，也有赤身裸體的，所有的都黑得像木炭一樣，這情景真的讓人難以置信。這些都是死去的人，但你根本無法分辨他們是男是女。你甚至無法分辨那些漂浮物究竟是胳膊是腿，或者隻是燒焦的木頭。”
在3月10日，有數十萬的幸存者們開始外逃，他們的家園已經化為灰燼。粗略估計有25萬座房屋被燒毀，致使180萬人無家可歸，煤氣、供電、供水以及公共交通全都斷絕了。一些難民們失去了所有的東西，還有一些人搶救出了鋪蓋和用品，找到車輛將它們裝上，艱難地向城外走去，他們要去的是農村的親戚家或者任何願意收留他們的人家。鐵道在短時間內奇跡般地得以修複，將成千上萬的人運了出去。
後來，日本政府試圖確定16平方英裏火區範圍內的死亡人數，但從沒有人能夠得到確切的數字。據官方的保守估計，死者在8到10萬人之間。在更早的報告中，人數超過了12萬，但這些報告並沒有公開。法國記者羅伯特·格依雷恩看到了日本的檔案，裏麵報告說，共有19.7萬人死亡、失蹤或者被推測死亡。一位內務省官員在解釋為什麼從來都沒有一個確切的統計時說：“我們受到的指令是要報告真實的情況，但是我們中的大多數人都無法做到這一點，因為那情形可怕得超乎想象。”
在空襲後不久，裕仁天皇從宮裏出發進行了一次罕見的外出，他親自對東京進行了視察。不顧宮內省官員們的反對，天皇執意要到破壞最嚴重的地區去。令市民們目瞪口呆的是，在每一個地方，天皇都徒步在瓦礫堆中艱難地穿行著。在結束了兩個小時的行程之後，裕仁神色慘然地回到他那輛帶著金色菊花徽記的黑色轎車裏。他轉向一位侍從，和他一起將這次的破壞和1923年那次大地震所造成的破壞進行比較。“這次看起來要可怕得多，”天皇用低沉的聲音說道，“東京已經變成一片焦土。”
在美軍轟炸計劃的第一階段完成時，上述主要城市中，有100多萬平方英裏的麵積被炸成廢墟，200多萬座建築物，約占全部建築物的1/3被削成平地，至少有1300萬人無家可歸。
麵對美軍的持續轟炸和日益惡化的戰局，日本當局的主和派發出了企和的聲音。
5月12日，“六巨頭”舉行會議。海相米內光政提議請蘇聯出麵調停，結束戰爭。首相鈴木素以喜怒不形於色、玩“腹功”著稱。他看到陸、海軍都主張請蘇聯調停，也就支持軍人。5月14日，東鄉把草案提交給“六巨頭”，內稱：“應該向蘇聯講清楚，它是靠了日本才戰勝德國的，因為我們保持了中立；幫助日本保持其國際地位將對蘇聯有利。因為在將來，美國可能變成蘇聯的敵人。”接著，備忘錄警告說，戰勝了德國的蘇聯提出的價錢可能“比我們想象的高得多”，日本要準備放棄旅順、大連、南滿鐵路和千島群島北半部。