1945年7月29日，美空军司令斯帕茨在关岛传达了白宫的命令：准备向日本投掷原子弹。情报官员宣布：“日本没有平民。”
此时期，美国在太平洋战场已完全反转局势，加上国内物资充分，盟国合作密切，胜利近在眼前。与之相反，轴心国已分崩离析，日本国力枯竭，航母舰队受到重创，部队军力补充不足，在占领地掠夺的资源无法通过海上航道输送到各作战部队，依靠围而不攻也将使其自灭。
但美国不会把精力消耗在对日本的持久战上，美国决定真的送给日本一份原子弹大礼，也是试验新武器的最合适对象。
1945年7月29日，美空军司令斯帕茨在关岛传达了白宫的命令：准备向日本投掷原子弹。这是一个让军官们兴奋又紧张的命令。原子弹应用于实战，在世界战史上还是首次，成败不光关乎战局，还关乎美国的荣誉以及军事科技在世界的影响。美国人给这两颗原子弹起了很轻松的名字：“小男孩”和“胖子”。
8月4日，美军第509混合大队大队长蒂贝茨召集会议，在严密的安防措施下，已秘密集训多日的七架轰炸机机组人员聆听训示。蒂贝茨说：“光荣的时刻已经到来，原子武器试验成功，我们要给日本人点厉害瞧瞧。”在作战指示图板上赫然露出一组城市照片：广岛、长崎、小仓。帝贝茨指示，三个任务小组在投弹前一天飞临目标城市上空观测云层高度，两架飞机从旁护卫并
拍摄影像，最后一架飞机在硫磺岛实弹待命，作为后援飞机随时准备出发。
8月7日凌晨，“小男孩”被带出基地飞向漆黑的夜空。机械师帕森斯用半小时的时间给“小男孩”装上了引信并检查了前舱监控系统。两架护卫观测机在硫磺岛上空与装载“小男孩”的运输机会合，共同飞向日本上空。
“小男孩”打算在广岛中部的相生桥一带降生。8点15分整，投弹手费雷比开始瞄准，又过了17秒，“小男孩”欢快地冲向陆地，紧随其后的观测机也放出装有摄像装置的降落伞，记录投放“小男孩”惊人之举的全程。
“小男孩”最终降生在相生桥东南不远的志麻医院附近。相当于TNT炸药1.25万吨的能量在光天化日下释放，产生一道强光，强光所至100英里之内，巨响震撼大地。火光炙热蒸腾了一切，人立刻化为焦炭。爆炸的冲击波从爆炸中心以每秒两英里的速度扩散，巨响以每秒钟1100英尺的声速传递。
尘埃化为一团巨大的蘑菇云，上面是高温，下面却是真空，狂风助长着火势，把广岛市中心在几小时内就化为一片火海。
那些侥幸逃脱的人们处在烈焰与死亡的地狱里：被原子弹灼伤的人体无完肤，面目可怕，蹒跚而行，三条河里满是被烧焦的行人的死尸，初始估计死伤人数有8万左右，战后统计有14万之众，其中一半死亡。伤亡名单中包括广岛第二军总司令藤井。
8月9日上午，日本军部召开御前会议，提请天皇商议接受《波茨坦公告》的具体条件，但在内阁大开口水战的时候，美军斯威尼少校已经带着“胖子”飞抵长崎上空。
斯威尼最初想把“胖子”投放到小仓去，可惜云层太厚，肉眼没办法瞄准目标。长崎上空的云层有那么一点亮光，斯威尼凭肉眼看到了一个大的体育场。他把“胖子”降生在这里，中午11点02分，“胖子”在长崎上空1650
217英尺处爆炸，能量相当于2.2万吨TNT炸药。“胖子”降生的地方不全是开阔地，造成的死亡当时估计是3万人，年底更新为7万人。
在美国，杜鲁门总统收到第一颗原子弹投放成功的消息时，同身边进餐的水手们说：“我们该回家了。”白宫则在“小男孩”在广岛投下后，向世界宣告：一颗原子弹的能量已在挑起战争的远东国家释放，《波茨坦公告》是想让日本免遭死亡，而内阁却拒绝了。现在，他们还不接受公告各项条件的话，可以预见同样的打击会继续从天而降，这是地球上从未出现过的事情。
美国政府选择了广岛和长崎这两个城市作为目标，因为这些城市以前没有受到过任何美国轰炸的影响。这两个城市的大多数是平民，按照美国战争部长亨利·史汀森的说法，美国“尽可能多的给居民留下深刻的心理印象”。美国第五空军情报官员于1945年7月21日宣布，“整个日本都是“适当的军事目标，”他强调说，“日本没有平民。”
原子弹下无冤魂，当时的日本民众，都为日本残忍的侵略战争贡献了自己的力量。美国空军少将查尔斯于1945年说：“日本屠杀无辜的男女和孩子，未有丝毫怜悯和犹豫……与德国认罪的姿态不同，日本坚持认为它没干任何错事……这种态度粉碎了任何真正弥合创伤的希望……”