1945年8月6日凌晨2时40分，美国飞行员驾驶着被命名为“依诺阿盖依”号的轰炸机滑出了跑道，升空。从现在起，用丘吉尔事后的话来说，“依诺阿盖依”号上装了一个“愤怒的基督”，再过几个小时，他就要降临人世了。
7时，天空一片晴朗。7时30分，为投弹做准备。
8时35分，伴随“依诺阿盖依”号的两架轰炸机迅速离开。
9时整，“依诺阿盖依”号机组人员戴上了厚厚的墨镜，这是为了防止强光灼伤眼睛。
9时16分，原子弹被投出弹舱。这一天，全广岛的钟表都停止在9时16分。
原子弹在离地面600米处爆炸。在闪光、声波和蘑菇状烟云之后，火海和浓烟笼罩了全城，在方圆14平方公里内有6万幢房屋被摧毁，广岛30万居民中有将近一半遭致死亡。
杜鲁门是在奥古斯塔巡洋舰上听到这个消息的。他当时很振奋。
8月9日，美国在长崎市第二次投下了原子弹，有7万多人遭致死亡。
美国在向日本投掷原子弹之前，德国法西斯已经投降，日本也已显露败象。在这种情况下，还要不要使用原子弹，当时美国国内有两种意见：一种认为，常规炸弹就能结束战争，不必使用原子弹。例如，艾森豪威尔将军和陆军部长史汀生都认为，日本已经失败了，投放原子弹“完全没有必要”，还会“引起世界舆论的谴责”。
而杜鲁门总统却主张使用原子弹，他认为这是结束战争的一种上佳的手段。趁在苏联对日宣战之前使用，也有利于战后与苏联的抗衡。而且，在投放原子弹后的第二天，杜鲁门就发表声明，要日本接受提出的条件，早日投降，否则的话，日本只会自取灭亡。另外，前总统罗斯福早在1944年秋就曾和英国首相丘吉尔签定过一项将对日本使用原子弹，直至其投降的备忘录。
为了找一个向日本投掷原子弹的正当理由，杜鲁门决定，7月26日向日本发出一个最后通牒：必须执行波茨坦公告，无条件投降，否则，“日本本土全将毁灭”。由于日本对美国的最后通谍不予理睬，美国便对日本使用了原子弹。
那么，原子弹投向哪些目标呢？为此，华盛顿专门成立了一个目标委员会。他们认为，投掷目标应具有相当完整的军事设施，可以充分显示毁灭性破坏的效果，能起到巨大的震慑作用。起初，有人主张将第一颗原子弹投向日本首都东京，这个建议很快便否决了，因为东京已在美国空军大规模的轰炸中化为一片废墟，失去了投掷原子弹的意义。后来，目标委员会选定了17座侯选城市，以后又缩减到5座，而其中的京都和广岛被定为AA级目标，横滨和小仓被定为A级目标，新泻为B级目标。负责制造原子弹的格罗夫斯将军主张将原子颗投向京都，他认为，“从心理角度讲，京都是日本的文化中心，京都人更能理解这种武器的重大意义。”他的这一主张遭到陆军部长史汀生的坚决反对。史汀生认为，京都是日本的文化圣地，毁掉了它，“日本人将永远不会原谅美国”。为此，史汀生还找了马歇尔，并找了杜鲁门总统，最后才决定放过京都，最终把目标锁定了广岛。其实，真正使京都幸免于难的功臣应是中国着名建筑学家梁思成。早在1944年夏，梁思成就和他的学生及助手拟定了一份建议书，指出日本的古都和古寺是全人类的共同财富，建议美军在军用地图上将它们标示出来，作为保护对象免予轰炸。美国接受了梁思成的建议，并请梁思成的助手帮助在军用地图上做了标志。战后，日本人得知这一情况后，曾在《朝日新闻》上以大字标题把梁思成等中国学者奉为“古都的恩人”。