廣島與長崎原子彈爆炸，時間1945年8月6日與8月9日，美國分別在日本的廣島市與長崎市投下原子彈，這是人類歷史上唯一一次在戰爭中使用核武。
1945年夏，日本敗局已定，但日本在沖繩等地的瘋狂抵抗導致了大量盟軍官兵傷亡。當時美軍已經制訂了在九州和關東地區登陸的"冠冕"行動和"奧林匹克"行動計劃，出於對盟軍官兵生命的保護，儘快迫使日本投降，並以此抑制蘇聯，美國總統杜魯門和軍方高層人員決定在日本投擲原子彈以加速戰爭進程。
美軍選定日本東京、京都、廣島、長崎、小倉、新潟等城市作爲投擲原子彈的備選目標。此前，美國、英國和中華民國發表了《波茨坦公告》，敦促日本投降。7月28日，日本政府拒絕接受《波茨坦公告》。
8月6日和9日美軍對日本廣島和長崎投擲原子彈，造成大量平民和軍人傷亡。
8月15日日本天皇裕仁發佈詔書，宣佈日本無條件投降。
長崎變成一片廢墟
背景
太平洋戰爭到了1945年仍在持續當中，美軍遭受到慘重的傷亡。從1944年6月至1945年6月間，大量美軍戰死。其中1944年12月達到最高峯，當月傷亡人數達到88,000人，尤其是在突出部之役中。
美軍在這期間參予了馬里亞納羣島及帕勞戰事、菲律賓戰役與婆羅洲戰役，布干維爾島戰役及艾塔佩-韋瓦克戰役則一直持續到1945年8月份爲止。盟軍在1945年4月展開沖繩島戰役，戰役是第二次世界大戰太平洋戰爭中傷亡人數最多的戰役，一直到6月份才結束。在這段期間，盟軍與日軍的死亡比率從菲律賓戰役的1比5上升到沖繩島戰役的1比2。
準備進攻日本本土
一張反日海報，描述1942年發生於菲律賓的巴丹死亡行軍
納粹德國在1945年5月8日投降之前，盟軍就已經計劃進行沒落行動，準備進攻日本本土。沒落行動包含兩個部分，分別是奧林匹克行動及小王冠行動，首先以奧林匹克行動攻佔南九州，確保空軍基地，隨後由九州爲小王冠行動提供空中支援，預計於1945年10月展開。奧林匹克行動的目標是進攻日本列島的最南部地區—九州。小王冠行動的預定在1946年3月開始，美國陸軍第一軍將從房總半島登陸，第八軍的進攻地點則是相模灣的平冢市。兩軍登陸後分別北上，最終在東京會師。盟軍將會調派歐洲軍隊來支援。
美國陸軍的海報，準備在德國投降後進攻日本本土。
從日本地理上來看，日本列島幾乎沒什麼適合登陸的沙灘，所以作戰計劃的制定十分困難，僅有的可登陸地點位於九州南部和本州島關東平原南部，情況對日本軍隊明顯有利。日本軍隊提出決號作戰防禦計劃，全力防守九州 ，1945年3月並從駐紮在滿洲的關東軍調派4個師支援。日本當時擁有45個師可以運用，大部分都以防衛海岸線爲目的，無法隨移移動，但是其中有16個師則有高度的機動性。日本陸軍共有230萬名軍人、400萬名海軍與陸軍後備人員及2,800萬名國民義勇戰鬥隊準備防衛日本本土。進攻日本本土作戰估計的死傷人數不盡相同，但是數目都相當巨大。日本海軍軍令部海軍中將大西瀧治郎預計日本死亡人數將會達到2,000萬人。
1945年6月15日，聯合戰爭委員會一份送至參謀長聯席會議的研究報告顯示奧林匹克行動將造成130,000至220,000名美軍傷亡，死亡人數介於25,000至46,000之間。美國陸軍參謀長喬治·馬歇爾與五星上將道格拉斯·麥克阿瑟後來在文件上籤署，同意聯合戰爭委員會估計的傷亡人數。
政治家昆西·萊特(Quincy Wright)與物理學家威廉·肖克利估計盟軍進攻日本本土將造成170萬至400萬名美軍傷亡，死亡人數介於40萬至80萬之間。日軍的傷亡人數則爲500萬至1,000萬人之間。美軍經由日本人建立的軍事情報網精確得知日軍的情報。
後來喬治·馬歇爾開始考慮使用一種“可以明顯且確實降低美軍傷亡的”武器，所以盟軍從澳大利亞將化學武器(包括光氣、芥子毒氣、催淚彈及氯化氰等)搬運到呂宋，準備進行奧林匹克行動。五星上將道格拉斯·麥克阿瑟確定化學部隊已經經過使用這些武器的訓練。
空襲日本
美軍B-29超級堡壘轟炸機飛越大阪上空
自從太平洋戰爭爆發後，美軍開始空襲日本，但是效果十分有限。B-29超級堡壘轟炸機在1944年開始服役，增加美軍空襲的實力。盟軍從1944年6月至1945年1月間實施馬特洪峯行動，目的以日本在中國及東南亞的基地來進行戰略轟炸。馬特洪峯行動的效果並不顯著，主要受到機械問題、不良天氣及後勤補給困難所致。
1944年11月馬里亞納羣島及帕勞戰事結束後，美軍在馬里亞納羣島的關島、塞班島及天寧島等地修築機場，所以B-29超級堡壘轟炸機可以從這裏的空軍基地空襲日本，造成日本平民大量死傷。1945年3月開始的東京大轟炸造成8至10萬人死亡，近41平方公里的地方被焚燬，摧毀267,000棟建築物。東京大轟炸是人類歷史上最具破壞性的非核武空襲，比第二次世界大戰中任何一次軍事行動造成的傷亡都還多。美軍飛機後來可以從航空母艦及琉球羣島上空襲日本，準備替後來的奧林匹克行動鋪路。
日軍無法阻止美軍空襲，民事防護也不夠充分。後來日軍從1945年4月起停止攔截美軍的轟炸機，準備保留實力來抵抗盟軍進攻日本本土。到了1945年中，日軍爲了保存燃料，只能偶爾倉促的干擾B-29超級堡壘轟炸機進行單機偵察行動。日軍到了6月份已經儲備1,156,000桶航空汽油。
研發原子彈
三位一體核試於1945年7月16日完成
美國在英國合金管計劃(Tube Alloys)及加拿大喬克河國家實驗室(Chalk River Laboratories)的協助下，曼哈頓計劃在美國陸軍工程兵團萊斯里‧格羅夫(Leslie Groves)少將的領導下展開，準備製造史上第一顆原子彈。曼哈頓計劃當初是爲了對抗1939年啓動的德國核能研究而展開，德國在1945年5月投降後，攻擊目標變更爲日本。
曼哈頓計劃在洛斯阿拉莫斯國家實驗室主任羅伯特·奧本海默的指揮下，終於成功研發出兩種原子彈。其中一種採用槍式設計，使用鈾-235來引發核子連鎖反應，例如投擲在廣島的小男孩原子彈。而另一種則內爆式鈈彈，使用雷管引爆中央的球形鈈，例如投擲在長崎的胖子原子彈。新墨西哥州索科羅於1945年7月16日完成的三位一體核試也是內爆式鈈彈。
準備
組織
509混合部隊
509混合部隊於1944年12月9日成立，1944年12月17日在猶他州溫多弗空軍基地(Wendover Air Force Base)正式運作，指揮官爲保羅·蒂貝茨上校。蒂貝茨上校組織和指揮轟炸大隊，發展核子武器準備使用在德國與日本上。因爲該組飛行中隊由轟炸機及運輸機組成，所以該組織被稱爲“混合”單位，而不是“轟炸”單位。
蒂貝茨上校也參與新墨西哥州洛斯阿拉莫斯羅沙拉摩斯實驗室的曼哈頓計劃，他選擇在溫多弗建立訓練基地，並非堪薩斯州的大本德及愛達荷州的芒廷霍姆，主要因爲它的位置相當偏僻。1944年9月10日，一架B-29超級堡壘轟炸機從內布拉斯加州費爾蒙特空軍基地(Fairmont Army Air Base)的504轟炸小組抵達溫多弗的393轟炸中隊。當其部署在馬里亞納羣島，在1944年11月上旬。該中隊被直接受到第二空軍管轄，直到509混合部隊成立爲止。320部隊運輸機中隊因爲其工作爲高度機密，所以成爲509混合部隊的一部分。509混合部隊需要運輸工具來移動人員及物資，所以成立一個綽號“大黃蜂線”的特殊單位。
目標選擇
美軍在8月6日至9日間對廣島與長崎進行轟炸的路線，原本預計的轟炸目標爲小倉
美國陸軍參謀長喬治·馬歇爾上將，要求阿拉莫斯提名具體的轟炸目標，並由他本人和美國戰爭部長亨利·劉易斯·史汀生來批准。阿拉莫斯於是在1945年4月成立一個目標選定委員會，由他本人主持，成員包括他的副手托馬斯·法雷爾(Thomas Farrell)准將、約翰·A·德里上校、威廉·P·費希爾、喬伊斯·C·貝爾斯登與美國空軍大衛·M·丹尼森和曼哈頓計劃科學家約翰·馮·諾伊曼、羅伯特·威爾遜和威廉·C·彭尼(William Penney)等人組成。目標選定委員會於4月27日集合，並在5月10日於洛斯阿拉莫斯國家實驗室與科學家和技術人員討論。最後目標選定委員會在5月28日於華盛頓舉行，由保羅·蒂貝茨上校以及指揮官弗雷德裏克·L·阿什沃思(Frederick Lincoln "Dick" Ashworth)、曼哈頓計劃的科學顧問理查德·C·托爾曼(Richard C. Tolman)進行簡報。
1945年5月10日-11日間，目標委員會提出4個目標：
京都市：AA級目標
廣島市：AA級目標
橫濱市：A級目標
小倉市(今屬北九州市)：A級目標
1945年5月28日舉行的第3次目標選定委員會將目標加入新潟市。小倉是日本最大的軍火工廠之一、廣島是運輸港口和工業中心，也是主要軍事總部所在地、新潟是工業設備的，擁有鋼鐵及鋁工廠與煉油廠、京都則是一個重要工業中心。目標的選擇應符合以下標準：
目標直徑超過3英里(4.8公里)，是一個都會區的重要目標。
爆炸會造成有效的傷害。
目標直到1945年8月之前都未遭到空襲。“任何一個小型和嚴格的軍事目標應位於一個容易受到爆炸破壞的大區域，避免不必要的風險。”
這些城市基本上在夜間轟炸中被略過，陸軍航空部隊同意避開這些目標，由此可以準確的評估武器效果。美國認爲廣島爲“一個重要的軍事油庫，也是廣大工業區的港口，是一個很好的目標。因爲它的城市規模相當大，核武器可以造成廣泛的破壞。因爲廣島附近與山丘相鄰，可能產生聚焦效應，這將大幅提高爆炸的破壞性。由於廣島附近有河流穿過，所以它不是一個良好的燃燒彈攻擊目標”。美國在投擲核武器前曾在日本35個城市(包括廣島及長崎)散發傳單警告平民空襲行動，美國之音及英國廣播公司也有提出相關訊息。橫濱後來在5月29日遭到空襲，排除在原子彈轟炸目標外。
美國投擲原子彈的目標是說服日本按照波茨坦宣言無條件投降。目標選定委員會指出“心理因素在選擇目標時一致受到重視，包括兩個方面：(1)對日本造成最大的心理影響(2)在國際上進行宣傳時，初次使用的武器必須造成壯觀的破壞。京都因爲是重要的軍火工業及文化中心，比其他目標更有優勢去彰顯核武器的重要性。東京的皇居比任何其他的目標具有更大的名氣，但是戰略價值不大”。京都在1945年6月14日排除在轟炸目標外，但是美軍仍然停止轟炸該地。
其他人曾誤解美國陸軍情報偵查部的日本專家埃德溫·賴肖爾阻止美軍轟炸京都。賴肖爾在他的自傳中特別駁斥了這一種說法：
7月25日，長崎被放在目標列表中，取代京都。
最後通牒-波茨坦宣言
美國總統杜魯門及英國首相溫斯頓·丘吉爾參加1945年7月舉行的波茨坦會議
7月26日，盟軍領導人發表波茨坦宣言，提出日本投降條款。波茨坦宣言被視爲最後通牒，並表示日本如果不肯投降，盟軍將進攻日本本土，造成“日本軍隊不可避免且徹底的毀滅，日本本土一樣無法避免遭到徹底破壞”。原子彈在公報中沒有提及。日本報紙在7月28日報導該聲明已遭到日本政府拒絕。首相鈴木貫太郎這天下午於新聞發佈會上宣佈，波茨坦宣言是老調重彈，與開羅宣言沒有兩樣，政府將故意忽視它。日本和外國報紙認爲該聲明明確拒絕接受波茨坦宣言。裕仁天皇正等待蘇聯對日本進行不表態的答覆，所以沒有采取任何行動來改變政府的立場。
根據1943年的魁北克協議，美國與英國同意核武器不會未經雙方同意就對其他國家使用。1945年6月英國聯合參謀團元帥亨利·梅特蘭·威爾遜，第一代威爾遜男爵同意美國對日本使用核武器，並作爲聯合政策委員會的正式記錄。美國總統杜魯門在波茨坦請求英國首相溫斯頓·丘吉爾代表英國同意美國向日本投下了原子彈。威廉·佩尼和倫納·德柴抵達天寧島，但是卻發現柯蒂斯·李梅少將不讓他們陪同。他們只能發送了一份措辭強烈的信號給威爾遜。
廣島
廣島概況
艾諾拉·蓋伊號執行投擲小男孩原子彈的任務
廣島是日本重要的工業及軍事中心，有一些軍事設施就位於廣島附近，包含負責防禦日本南部的畑俊六第二陸軍總部。他可以指揮的軍隊約有400,000人，大部分駐防在盟軍計劃登陸的九州。同時第59軍的總部也位於廣島，剛成立的第224師大部分也在這裏。廣島的對空防禦系統包括以5個7-8釐米高射炮炮臺。
廣島是一個小型的日軍補給及物流基地，也是一個軍隊的通訊、存儲中心與集結區域。這是其中幾個美國故意不執行轟炸的城市之一，爲了清楚的衡量原子彈造成的損害。
市中心有幾個鋼筋混凝土建築物及較鬆散的建築物，市中心以外則是擁擠的日本木造房屋。幾個較大的工廠位在靠近城市的郊區，屋頂由木材建造而成，許多木造房屋分佈在工業建築周圍。所以廣島很容易受到火災破壞。
廣島的人口在第二次世界大戰早期達到巔峯，人口超過381,000人。廣島的人口在原子彈轟炸前的穩定下降中，因爲日本政府下令疏散城市人口。在原子彈轟炸的時候，廣島的人口約爲340,000-350,000人。
投擲原子彈
廣島是美軍在8月6日第一次原子彈轟炸任務的主要目標，替代目標則是小倉和長崎。393d轟炸中隊的B-29艾諾拉·蓋伊號從天寧島北田空軍基地起飛，飛行時間約6個小時。艾諾拉·蓋伊號與查爾斯·W·斯威尼少校指揮的科學觀測機大藝術家號及喬治·馬夸特上尉的攝影觀測機(當時是無名飛機，後來稱爲必要之惡號)一同前往日本廣島。
艾諾拉·蓋伊號離開天寧島後，與另外兩架飛機在硫磺島上空2,440米(8,010英尺)會合，前往日本。飛機抵達廣島上空時高度爲9,855米(3,2333英尺)，目標清晰可見。帕森斯指揮這次任務，他在飛行中固定好原子彈，儘量減少風險。他的助手托馬斯陸軍少校，在到達目標區域30分鐘前進入飛機彈艙，解除安全裝置。
大約在美軍投擲原子彈一個小時之前，日本的早期預警雷達偵測到一些美國飛機接近日本南部。許多城市發佈空襲警報，包括廣島。在接近早上8點的時候，廣島的雷達操作員決定解除空襲警報，認爲未來接近廣島的飛機並不多，可能不會超過三架。爲了節省燃料及飛機，日本已經決定不攔截小飛機編隊。廣島的防空炮臺仍在警備狀態，但是因爲高射炮會造成地面上的傷亡與嚴重的間接傷害，所有戰爭中的交戰國高射炮炮手通常會避免射擊少量的飛機，特別是駐紮在人口衆多的市中心或附近。
上午8時9分，艾諾拉·蓋伊號的機組人員看到廣島市。上午8時10分，日本雷達捕捉到了B-29侵入廣島市上空的消息。幾分鐘後，廣島市軍管區司令部打算髮出空襲警報，但是艾諾拉·蓋伊號已經飛到了廣島市上空，高度超過32,200英尺(9,000米)。
小男孩在廣島上空引爆，產生巨大的蕈狀雲
艾諾拉·蓋伊號在上午8時15分投下原子彈，目標是廣島中央太田川上的T字型大橋相生橋，當時飛機高度是31,600英尺(9,700米)。同時飛機立刻改回手動操縱，轉個155度角的彎。原子彈在進行43秒的平拋運動後爆炸，艾諾拉·蓋伊號在受到爆炸的衝擊波影響前已經移動了11.5英里(18.5公里)。
由於側風的緣故，原子彈偏離瞄準點相生橋約800英尺(240米)，在島醫院上空600米處引爆。它的爆炸當量爲16,000噸TNT炸藥(67兆焦耳)。(U-235製成的武器效率很低，裂變材料只有1.7%)。總破壞半徑約1.6公里，11平方公里內發生火災。美國人估計約有4.7平方英哩(12平方公里)的市區被摧毀。日本官員確定69%的建築物遭到摧毀，6-7%的建築物受損。
約30%的人口(70,000–80,000人)在原子彈爆炸及產生的暴風中喪生，另外有70,000人受傷。廣島超過90%的醫生和93%的護士死亡或受傷，市區受到的傷害最大。
日方反應
廣島遭到原子彈轟炸前的照片廣島遭到原子彈轟炸後的照片
日本放送協會在東京的控制操作員注意到廣島站已經停止廣播，他試圖用另一條電話線重新建立訊號，但是沒有成功。大約20分鐘後，東京鐵路電報中心發現電報已停止工作的地區只限於廣島北部。從城市16公里(9.9英里)內的一些小型鐵路站傳來非官方且混亂的報告，顯示廣島發生了一次可怕的爆炸。這些報告全部送至日本陸軍參謀總部。
軍事基地多次試圖聯絡廣島的陸軍管制站，但是沒有收到任何迴應。參謀總部的軍官感到疑惑，因爲根據他們的瞭解，當時日本並未發生大規模空襲，廣島也沒有儲存如此大量的彈藥。日本參謀總部的一個年輕軍官奉命立即飛往廣島，準備調查當地遭受的損害後返回東京，以便從當地的軍民得到可信的資訊。參謀總部的軍官普遍認爲爆炸並不嚴重，並只是一個謠言。
年輕軍官隨後前往廣島。在飛行大約三個小時後，當時距離廣島仍有將近160公里，他和飛行員看到一個因爆炸而產生的巨大雲氣。廣島軍民的遺體正在焚燒。當飛機到達市區上空後，他們的心中充滿疑問。他們看到城市仍在燃燒，厚重的煙霧雲覆蓋整個地區。他們降落在城市的南部，該軍官向東京彙報後，立即開始組織救援行動。
1945年8月8日，美國報章報導，東京廣播電臺的廣播描述廣島的破壞。盟軍聽到日本電臺廣播員說“幾乎所有活的東西，包括人類和動物都被燒死”。
8月7日至9日
美軍轟炸廣島後，美國總統杜魯門發表聲明，宣佈使用新型武器的消息。他說“我們可以感謝神的保佑”，德國的原子彈計劃失敗，美國及其盟國“花費20億美元來進行史上最偉大的科學賭博並獲勝。”杜魯門然後警告日本：
日本政府仍然沒有對波茨坦宣言作出任何迴應。裕仁天皇、政府和戰爭委員會當時正在考慮投降的四個條件：保存國體、總部負責解除武裝及遣散軍隊、不佔領日本本土、朝鮮半島，授權日本政府來懲罰戰犯。
蘇聯外長維亞切斯拉夫·米哈伊洛維奇·莫洛托夫通知東京，表示蘇聯已單方面廢除4月5日簽訂的蘇日中立條約。東京時間8月9日午夜，蘇聯步兵、裝甲兵、空軍部隊進行滿洲的戰略攻擊行動。四個小時後，東京得知蘇聯對日宣戰。日軍高層領導在獲得陸軍大臣阿南惟幾支持下開始準備實行戒嚴，阻止任何人企圖談和。
長崎
長崎概況
博克斯卡號及其機組人員，他們在長崎投下胖子原子彈
長崎一直是日本南部最大的海港之一，因爲擁有蓬勃的工業活動(包括兵器、船舶、軍事裝備和其他軍用物資製造)，其重要性在戰爭時期很高。
長崎跟現代化的廣島很不一樣，幾乎所有的建築都是老式的日本建築，由木造建築與木造牆壁(或石膏)、屋瓦所組成。許多小型的工業與商業機構也在木造或其他不能承受爆炸的材料所構成的建築物中。長崎長久以來沒有任何明確的都市分區規劃，住宅與工廠毗鄰，整個山谷幾乎都佈滿工業設施。
在覈武器的爆炸之前，長崎從未遭受到大規模空襲。然而一些常規高爆的炸彈在1945年8月1日被投入城市中。有些擊中西南邊的船廠和碼頭區，幾個命中軍事工廠與三菱鋼鐵廠;六枚炸彈落在長崎大學和醫院，三枚直接命中建築物。雖然這些炸彈造成的破壞相對較小，但是令當地人提高了警戒心，許多人(主要是學童)被疏散到較安全的農村，減少了城市的人口。長崎在8月初時擁有4個7釐米高射炮炮臺和探照燈防空炮臺。
長崎北方有一個英聯邦戰俘營，其中有些人當時正在煤坑中工作，直到他們回到地面才發現長崎遭到轟炸。
原子彈轟炸
保羅·蒂貝茨上校負責指揮第二次核攻擊的作戰計劃，首要目標是小倉市。後來爲了由避開8月10日開始爲期5天的惡劣天氣，任務提前2天執行。當時第2枚原子彈已經運送至天寧島。B-29博克斯卡號(Bockscar)於8月9日早上裝載胖子原子彈起飛，駕駛者爲查理·W·斯維尼少校。空襲長崎的戰術與廣島市原子彈爆炸時所採用的戰術相同，博克斯卡號與另外兩架B-29轟炸機(大刺針號與大藝術家號)空襲城市的上空。
首先到達小倉市的艾諾拉·蓋伊號等待有薄霧的小倉市放晴，而到達長崎市的喧龍號發現薄霧變濃。根據報告，雲霧覆蓋了兩城約20%的上空。機隊經過硫磺島的上空，於上午7時45分到達屋久島上空的會合地點，斯維尼少校雖然成功與測量機體B-29大藝術家號會合，但是攝影用機體B-29大刺針號因爲錯誤地升上至12,000米的高空而偏離隊伍，無法會合。40分鐘之後，斯維尼少校在不得已的情況下與其餘的機體編隊繼續作戰。
509混合部隊在執行原子彈轟炸任務時投下了傳單，催促日本趕快投降
他們在上午9時40分開始由大分縣姬島進行高空轟炸，然後在9時44分到達炸彈空投目標：小倉陸軍軍營上空。但是高空轟炸人員迦米特·毗漢(Kermit Beahan)陸軍上尉無從循目視確認目標位置。後來他們試圖利用較短的路徑再次尋找機會，他們最後耗用了45分鐘，失敗了三次。
在他們轟炸小倉市三度失敗之後，機體燃料所剩無幾，而且當時小倉市的天氣每況愈下，日軍的高射炮正在對準他們進行激烈的對空攻擊，他們也發現到日軍緊急派出十架零式戰機應戰。於是他們在上午10時30分將目標轉向次要目標：長崎市，並離開了小倉市的上空。
長崎在7時50分曾發佈空襲警報，但是隨後於8點30分解除。日軍在10點53分觀測到兩架B-29轟炸機，但是研判爲偵察行動，所以沒有進一步發出警告。
大藝術家號機組人員在11時過後將3組帶有降落傘的觀測設備投下，裏面包含一封未署名的信件，準備交給一位東京大學的物理學家嵯峨根遼吉，慫恿他向大衆公開大規模殺傷性武器的危險性。這個訊息後來被軍方發現，但是直到一個月後才交給他。其中一位作者路易斯·阿爾瓦雷茨在1949年與嵯峨根遼吉會面，並簽署該文件。
長崎遭到原子彈轟炸前後的照片
高空轟炸人員迦米特·毗漢陸軍上尉在11時1分得以窺探長崎市的街道，胖子原子彈隨後被投下。原子彈沿着拋物線落下，在大約1分鐘之後(即上午11時02分)，在距離長崎市內城區中心以北三公里的別墅網球場(松山町171區)上空503米處爆炸。長崎的中心區域由於與爆炸中心相距約三公里，而且有金毘羅山等山脈遮蔽，因此除了不受遮蔽的灣岸地區以外，受損較輕微。爆炸產生的高溫估計爲3,900°C(7,050°F)，引起每小時1,005公里(624英里)的風。爆炸當量相當於21,000噸的TNT炸藥(88兆焦耳)。
估計有40,000到75,000人立即死亡，到了1945年底，總死亡人數可能已經達到80,000人。至少有8個戰俘在轟炸中死亡，可能有高達13個戰俘已經死亡，其中包括英聯邦公民和7個荷蘭戰俘。一個美國戰俘Joe Kieyoomia當時正在長崎，但據說因受到牢房的混凝土牆所保護而倖免於難。原子彈徹底毀滅半徑約1英里(1.6公里)內的地區，火災從城市北部蔓延至2英里(3.2公里)外的南部。三菱浦上軍械廠在爆炸中被摧毀，它製造的九一式魚雷曾用來偷襲珍珠港。小倉也有長崎鍾及和平紀念碑。
後續的原子彈轟炸計劃
格羅夫斯預計在8月19日使用第3顆原子彈，9月及10月則分別使用三個。在8月10日發給馬歇爾的備忘錄中，他寫道：“未來的原子彈……應該準備送到8月17日或18日後第一個天氣合適的地點”。馬歇爾在同一天贊同備忘錄的意見：“總統沒有下達明確的命令前，這件事不通知日本。”
之後，美國陸軍部開始討論後續的沒落行動是否應節約原子彈的生產。“現在的問題(8月13日)是如果日本不投降，我們是否要選擇每製造出一顆原子彈，就立刻拿去轟炸日本一次，還是說我們應該將製造出來的原子彈一顆顆的累積起來，然後在一個合理的時間之內一次全部轟炸完畢?所謂合理的時間不是指一天之內就使用完畢，而是指在一個很短的時間之內密集的使用。此外，我們還要考慮到轟炸的目標是否有利於之後的進攻?換句話說，我們是否要先轟炸那些最有利於達成進攻日本本土的設施，而不是用來轟炸工業設施、或著含有道德或心理色彩的非軍事據點?原子彈的使用應從戰術面優先，而不是轟炸對戰術面無關的設施。”
兩個胖子原子彈已經待命，第三個惡魔核心計劃於8月12日離開嘉德蘭空軍基地前往天寧島，蒂貝茨奉柯蒂斯·李梅少將的命令返回猶他州來接收。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的羅伯特·巴切爾在打包惡魔核心時，從格羅夫斯收到暫停裝運的訊息。
原子彈爆炸的消息在美國獲得熱烈的迴響，《財富》雜誌在1945年底進行的調查顯示美國人希望更多的原子彈可以投擲在日本本土。向大衆公開的轟炸影像(主要是蘑菇雲)最初產生積極的迴響，爆炸以及倖存者或屍體的照片則受到審覈。美國戰略轟炸調查團的成員丹尼爾·麥戈文(Daniel A. McGovern)中尉曾使用攝影機來記錄爆炸結果。他完成三個小時的紀錄片《原子彈爆炸對廣島與長崎的影響》，內容包括醫院中受傷的人、被燒燬的建築和汽車及地上的骨頭。它在美國新聞界廣泛流傳，然後悄悄地被壓抑下來，所以從未公開播放過。它在未來的22年中被列爲“最高機密”。美國在這段時間，電影、雜誌和報紙一個共同編輯的方式爲去除死亡的影像。截至2009年爲止，丹尼爾·麥戈文中尉所拍攝的畫面共有90,000英尺(27,000米)沒有完全播放。根據位於華盛頓的英國大使館，美國人將日本人視爲“無名的衆多害蟲”。諷刺畫都將日本人描繪爲比不上人類的生物，就像猴子一樣。1944年一次民意調查詢問美國人應該如何對待日本人，結果發現13%的美國民衆贊成“殺死”所有的日本人：包含男子，婦女和兒童。
原子彈爆炸的圖片在美國佔領日本期間受到限制，雖然一些日本雜誌曾在盟軍佔領部隊控制前發佈過照片。盟軍強制審查“任何可能直接或間接擾亂公共安寧”的事物，人類受傷的照片被視爲發炎所致。一個可能的原因是，描繪燒傷的受害者和葬禮會像解放納粹集中營所拍攝的圖像廣爲流傳。
日本電影公司在1945年9月開始送攝影師至長崎和廣島。美國憲兵在1945年10月24日製止一位攝影師繼續在長崎拍攝。美國當局沒收該電影公司全部的影片。從1968年至1970年間，一些黑白影像首次在日本和美國觀衆前播放。
事件後果
原子彈爆炸的強烈光波，使成千上萬人雙目失明;6千多度的高溫，把一切都化爲灰燼;放射雨使一些人在以後20年中緩慢地走向死亡;衝擊波形成的狂風，又把所有的建築物摧毀殆盡。處在爆心極點影響下的人和物，像原子分離那樣分崩離析。離中心遠一點的地方，可以看到在一霎那間被燒燬的男人和女人及兒童的殘骸。更遠一些的地方，有些人雖僥倖還活着，但不是被嚴重燒傷，就是雙目被燒成兩個窟窿。在16公里以外的地方，人們仍然可以感到悶熱的氣流。
但是，廣島的事件並未使日本立即同意接受波茨坦最後通牒，即無條件投降。他們竭力掩蓋廣島事實真相，對外宣稱是有一枚隕石隕落在廣島市。並認爲美軍只有一顆原子彈，還把希望寄託在蘇聯的調停上。但1945年，日本從蘇聯領導人那裏得到的回答是：日本仍在繼續着戰爭，拒絕接受《波茨坦公告》，因此，日本政府請求蘇聯調停的建議已失去一切根據。蘇聯政府遵守對國聯的義務，接受國聯的要求，宣佈從8月9日起對日宣戰。就在蘇聯出兵這天的上午11時30分，美國又在日本長崎投下第二顆原子彈。長崎全城27萬人，當日便死去6萬餘人，從而加速了日本無條件投降。
1945年8月15日，日本天皇發佈投降詔書宣佈投降。
1945年9月2日，在東京灣“密蘇里”號戰列艦的甲板上，日本外相重光葵和參謀總長梅津美治郎在投降文件上簽字。簽字的時間是9點過4分。接着，西南太平洋戰區總司令道格拉斯·麥克阿瑟簽字。他代表美國、中國、英國和蘇聯及與日本作戰的其他國家接受了日本的投降。
