Les bilans des victimes de l'opération Gomorrhe sont imprécis et contradictoires. La plupart des sources s'accordent sur au moins 40 000 morts, 80 000 blessés, 350 000 habitations détruites et près d'un million de civils allemands sans abri. Après le bombardement et jusqu'au 30 novembre 1943, 31 647 cadavres furent enterrés, dont seule la moitié furent identifiés. Parmi les corps, il y avait 50 % de femmes et 12 % d'enfants. Des restes humains étaient encore retrouvés lors de la reconstruction après la guerre.
Certains quartiers furent presque ou totalement dévastés : le quartier populaire d'Hammerbrook (56 hectares, 44 756 habitants) fut complètement rasé ; Altona subit de très gros dommages. D'autres quartiers furent moins touchés ou partiellement évacués avant le bombardement, comme Barmbek.
Le Bomber Command de la RAF perdit 12 bombardiers le premier jour de l'attaque et 440 au total au-dessus de cette ville durant la guerre.
Hambourg subit encore 69 raids aériens jusqu'à la fin de la Seconde Guerre mondiale, le dernier le 29 avril 1945.
L'effet escompté sur le moral des Allemands est controversé. Quant aux effets sur l'effort de guerre, les chantiers navals, avancés comme objectifs militaires dans la propagande alliée mais en réalité peu touchés, continuaient à travailler après quelques semaines.
L'opération proprement dite démarra le 24 juillet 1943, après le brouillage préalable des radars qui empêcha la Luftwaffe puis la Flak, la DCA allemande, d'intervenir efficacement. Elle atteignit son paroxysme le 28 juillet et se termina le 3 août 1943. Au total, 2 714 avions furent déployés et lâchèrent 8 650 tonnes de bombes au cours de sept raids aériens :
Le quatrième raid, dans la nuit du 27 au 28 juillet 1943, fut de loin le plus meurtrier. Il fut en effet planifié de sorte à maximiser les victimes et les dégâts matériels. En deux temps, il a d'abord touché le centre-ville afin d'y attirer les pompiers, puis les quartiers périphériques au moyen de bombes incendiaires.
La chaleur extrême dégagée par les incendies dans les quartiers périphériques créa lors un phénomène appelé Feuersturm (tempête de feu) : un souffle puissant mélangeant air et gaz inflammables dégagés par la combustion propagea l'incendie sur 21 km2 de la ville. On estime que la tornade de feu a atteint une vitesse de 240 km/h et une température de 800 degrés, consommant par endroit l'essentiel de l'oxygène de l'air. Des dizaines de milliers d'habitants furent tués, brûlés ou asphyxiés, y compris dans les abris anti-aériens.