因为1944年10月10日起的台湾冲航空战让当时部属在台湾的230架战斗机折损到无力迎击的地步，台湾空防只剩下地面炮火独力在那里支撑。美军对台北城的轰炸主要集中在台北城内（今台北市忠孝西路、中华路、爱国西路、中山南路围成的四方形）、城外的台湾步兵第一联队、山炮兵第48联队（两单位均位于今中正纪念堂）等军事单位以及包含台湾总督府在内，位于荣町、京町、文武町、书院町、明石町、旭町（日据时期台湾地名）等地的主要总督府所辖官署建物筑等等合计共挨了高达3，800枚的各式炸弹。

此次空袭造成的最主要毁损应属台湾总督府（今总统府）。这栋建筑物虽然在空袭前使用迷彩百般对自己进行伪装，但是仍然难逃一劫。该建筑物倾斜并引发了大火，以致战后不堪使用。另外比如总务长官官邸、台湾铁道饭店、总督府图书馆、台湾电力株式会社、军司令部、台北帝大附属医院、台北车站、台湾银行、台北公园、台北高等法院、度量衡所等等官署厅舍也都遭到程度轻重不一的毁损。

虽说美军的这次轰炸是以台北城内政府军事、经济活动频繁地点为主要目标，但仍然误炸了不少平民住宅。其中最严重的误炸，就属当时被双连地区居民当成防空设施的大稻埕天主堂。除此之外，例如成渊中学、艋舺龙山寺、台北第一女高（今北一女）、台北一中（今建中）等学校，庙宇与不少民宅也普遍遭受误炸。其中，龙山寺的正殿、左廊均被炸毁，置于寺中的黄土水雕塑作品“释迦出山”原作也焚毁于这次大空袭。唯一幸运的是，石膏原模仍然保存着，现在藏于台北市的立美美术馆。这场空袭造成台北市民死伤惨重，当日死亡人数高达3000多人，而这数字几乎是在这之前所有美军对台湾空袭造成的死亡人数总和。另外，还有数万人受伤与多栋建筑毁损。