迪仁伯瑞最后一次检测完后，确定一切正常，然后，他爬进了弹舱。他拿着手电筒沿着炸弹右侧的狭窄通道爬行，在炸弹的鼻翼部分慢慢摸索着前进，然后又沿着左侧通道往回爬。在炸弹尾部，他被放在通道上的两个盒子碰了一下，几乎摔倒在地。就他所知，这两个外置的盒子没有什么用处，所以他打算把这两个盒子处理掉。正当他弯下腰准备捡起地上的盒子时，从弹舱口射过来一束强光，迪仁伯瑞吓了一跳，他立即爬出去寻找光源，把处理两个盒子的事情抛之脑后了。迪仁伯瑞出去后，他才发现那些光是强力照明灯发出的，因为格罗夫斯将军下令一定要拍下这件具有历史意义的事件，所以此刻有很多军事摄影师正围着“埃诺拉；盖伊”号拍照。
当全体机组人员登上飞机后，这两个古怪的盒子仍然安静地躺在炸弹尾部的狭窄通道上。其实，这两个盒子是帕森斯上校那天晚上放在这儿的，盒子里装着安装工具和引爆装置，届时，帕森斯上校将用这些工具来安装炸弹的引爆装置。
“埃诺拉；盖伊”号栖息在跑道上等待起飞，届时，将有12名机组成员和它一起飞往目的地，为了顺利扔下这个四吨半重的炸弹，飞机还携带了7000加仑燃油，这样一来，装载后的飞机重达15万磅。凌晨2：45，蒂贝茨对坐在右侧的副驾驶员刘易斯说了一句：“让我们起飞吧。”说完，蒂贝茨踩着油门，放开制动器，开动了“埃诺拉；盖伊”号，没多久，飞机开始颠簸起伏。眼看就要到达跑道尽头了，飞机仍飞不起来，他们距离海边越来越近。在千钧一发之际，在距离跑道尽头只有几厘米的地方，机头终于抬了起来。
“埃诺拉；盖伊”号飞离提尼安岛15分钟后，开始以7000英尺的巡航高度向前飞去。
清晨5：05，这三架执行任务的飞机在硫磺岛上空编排成一个松散的V形体，向着西北方——日本本土，急速飞去。地面上其余的B29飞行员们看着这三架飞机飞走了，顿时感到很轻松，因为这一天，他们不需要去执行这项特殊任务。
7：09，当克劳德；伊瑟利上校驾驶的气象飞机到达广岛上空时，空袭警报开始响起。这架飞机上并没有炸弹。机长非常高兴这里天气晴朗。
7：24，他发出了气象报告，云层平均高度不超过310，建议轰炸首选目标。之后，他返回营地，7：31，广岛上空的警报声音消失了。
在距离气象飞机100英里以南的“埃诺拉；盖伊”号上，蒂贝茨已经回到了座位上。他匆匆瞥了一眼伊瑟利发回来的气象报告，命令“目标广岛”。
半个小时后，领航员宣布距离瞄准点——相生桥，还有10分钟，并作了最后一次调整，飞机转舵到264度方向，即由西向南稍转了一点点。现在他们的飞机巡航高度保持在31060英尺左右，气流速度是每小时200英里。
8：12，领航员喊道：“辨识点”，他们已经到达了投掷炸弹的辨识点。费雷比把头低下，直盯在炸弹瞄准器上。蒂贝茨命令大家戴上眼镜，但是他自己、费雷比和贝瑟尔却没有像大家一样拉下厚厚的黑色防护眼镜，因为，他们必须要执行任务。
8：13，一个位于广岛东部19英里处的日军观察站向本部报告，有三架美军B29轰炸机正向广岛飞来。显然，日军雷达并没有发现他们。
1分钟后，广岛上空再次响起空袭警报。
1分钟后，广岛上空再次响起空袭警报。
在“埃诺拉；盖伊”号上，费雷比告诉其他成员，城市已经出现在炸弹瞄准器上。精密的计时器显示，此刻是8点14分45秒。贝瑟尔通知帕森斯，在频段上没有受到日军雷达的干扰。费雷比说早知道了，并且打开了同步自动计时器，留给他们15秒的控制时间。这时，全体机组人员的耳机里都响起了信号声，一旦信号声消失，炸弹就会被立刻投掷下去。
信号声在8点15分17秒准时停止，费雷比大喊“投掷炸弹”，蒂贝茨立即把飞机操纵杆向右急转，作了个155度的俯冲，这可以避免飞机被卷入“小男孩”爆炸时产生的巨大漩涡中。
炸弹投下43秒后，距离飞机下方6英里处，第3个开关准时关闭，天空顿时出现一道强烈的白光，一团粉中带紫的烟雾和火焰翻卷而上，并且不停地在膨胀、膨胀、膨胀。闪光亮如白昼，照亮了飞机上的所有仪表盘，仿佛它们自己发出了光芒。蒂贝茨感到这团光芒似乎伸手可触，后来他回忆说，他闻到了铝的味道。卡伦独自坐在机尾，他看到了极为恐怖的一幕：一个巨大的灰色球状烟云在不停地挤压、膨胀，随后翻腾而上，直奔飞机而来。他想大声喊叫，但是他的喉咙里好像被什么东西卡住了一样，发不出任何声音。冲击波重重地撞击着飞机，人们在机舱里被震得像木偶一样摇来晃去。蒂贝茨以为飞机被日军的高射炮击中了，他大叫：“是高射炮，”费雷比大喊：“这些狗娘养的在射击我们。”此时，卡伦终于能喊出声了，随后就不停的尖声惊叫：“又来了，又来了。”这时，第二次冲击波再次袭来，飞机颠簸得非常厉害。最后，冲击波终于过去了，“埃诺拉；盖伊”号又恢复了平静。
在机尾坐着的卡伦说：“一大团烟云在快速地翻转上升，这团烟云包裹着一个像火一样在燃烧的赤红的球体，在它四周裹挟着一团又一团紫灰色的泡沫状物质，所有的一切都不可思议。它不停地燃烧、翻腾、爆炸，四周都是猎猎喷出的火焰，仿佛是一个巨型煤床在燃烧……然后就是蘑菇云来了。它几乎和我们平行，而且一直在翻*上升。它的颜色非常黑，但是比云层多了一丝淡紫色。在它下面的城市一定……”。
下午2：58，“埃诺拉；盖伊”号返回提尼安岛，斯帕茨将军和几千名将士都在等待他们凯旋归来。当蒂贝茨走出机舱时，将军就迫不及待地走上前去，将十字勋章别在了他的飞行服上。此时，杜鲁门总统坐着“奥古斯塔”号巡洋舰正从波茨坦返回美国。他通过收音机知道了这个消息。
华盛顿时间8月5日午夜，格罗夫斯将军在办公室里得知了这个消息，随后他通知了马歇尔将军。他整夜都呆在军事指挥中心等待法雷尔，后者将在4点半向前者汇报更多的细节。
8月6日黎明，他把报告递交给了马歇尔将军，马歇尔在长岛的家中打电话给陆军部长史汀生，他们两人都同意发表事先准备好的总统声明。杜鲁门的声明通过商业电台传遍了全美国，同时，通过短波传到了日本。声明节本如下：
这是一枚原子弹，他利用了宇宙的自然能量，这种来自太阳的巨大能量将惩罚那些在远东挑起战争的人们。为了使日本人民免遭毁灭性的打击，7月26日的波茨坦会议后，我们已经了最后通牒，但是他们的领导当时立即就拒绝了。如果现在他们仍然不接受我们的条款，那么他们就等待着灾难从天而降吧！这是人类历史上从未出现过的。
在东京，第一个听到杜鲁门声明的高级官员是内阁书记长迫水久长。是他还在睡觉的时候，多媒新闻社打过电话来告诉他的。他认为这是体体面面退出战争的最佳机会，于是，他打电话告诉了铃木首相，随后又通知了宫内大臣木户幸一侯爵。而后者就把这个消息告诉了天皇。此时的天皇惊恐万分，他说：“我们必须向事实低头，不管他们会怎样处置我，我们都得尽快结束战争。”
但是，日本内阁并没有立即回应天皇。在目前的形势下，强硬的陆军还没有打算结束战争。
广岛爆炸并没有打破内阁长期以来的僵持，第二天，铃木首相召集内阁成员开会，在会上，外务大臣东乡茂德再次建议接受波茨坦公告。他说：“原子弹彻底改变了军事形势，军界有理由结束战争。”但是军方仍坚持在本土进行最后防线的浴血奋战。陆军大臣阿南惟几宣称没有必要投降，他说：“而且我们还不知道是否是真的原子弹。”他警告说这可能是美国人的一个圈套，毕竟除了杜鲁门的声明，还没有找到任何证据表明这是原子弹。
阿南惟几至多同意派日本最优秀的核物理专家二岛义南到广岛进行调研，然后递交调查报告。陆军情报部部长有末精三中将本来打算陪同二岛义南前去广岛，但是因为一次空袭警报，有末先于二岛一天独自到达广岛。薄暮时分，他的座机飞临广岛上空，他看到了一些令人迷惑的景象，以至于机长无法确定这是不是广岛。有末走下旋梯，站在一片荒芜的旷野上——没有声音，没有灯光，没有任何动静。这与他从前所见过的任何一个被轰炸过的城市都绝然不同。一个前来接他的陆军大佐向他敬礼时，有末发现他的左脸被严重烧伤。
大佐开着汽艇将有末送到了一个码头，在那儿，他遇到了一位军事研究所的老朋友马场秀男中将，他任职于陆军海上运输司令部。马场说自己的女儿在去上学的路上遇难了，“不仅仅是我的女儿，还有数以千计天真可爱的孩子都惨遭不幸。这种新炸弹非常恐怖，太残忍了，绝对不能使用它。”
第二天，二岛到达广岛，他立刻断言这的确是原子弹爆炸所为，他猜测是一枚铀弹，因为他本人已经用这种特殊金属进行了多年的实验。他问有末，自己还是否应该继续核研究？将军无以答复。
直到此时，日本陆军仍然拒绝改变自己的立场。他们只允许报纸、广播进行模糊的报道，说是敌机投掷了一些“新型”炸弹，使广岛遭受了“大面积”的破坏。
日本政府只有把希望寄托在苏俄身上，外务大臣东乡茂德给日本驻莫斯科大使佐藤尚武发了一封信，信中沮丧地写道：“今日局势非常糟糕，我们必须尽早明白苏俄的态度，请多多努力，尽快答复。”
佐藤接到命令后即刻打电话给苏俄外交部。
几个星期以来，他一直试图告诉东京政府，莫斯科既没有兴趣调解纷争，结束战争，也不想续订《苏日中立条约》，尽管还有一年条约才到期。
佐藤也并不期望这次能有好运气，但是，他无论如何都没有想到，苏俄方面答复很快。
出于好奇，苏俄外交部长莫罗托夫约定，将于8月8日晚8点与日本大使见面。后来，莫罗托夫一直对佐藤的电话置之不理，甚至找各种理由推辞。但是，8日下午早些时候，当佐藤被电话通知会面提前到下午5点的时候，他感到非常意外。
佐藤来到克里姆林宫，莫罗托夫立即接见了他，但是他态度生硬，甚至没有遵循正式的外交礼仪而径自说：“在此，我以苏俄政府的名义，向你宣读一份对日声明。”此时，佐藤在莫罗托夫指定的椅子上坐下，而莫罗托夫则坐在一张长桌子旁，然后开始宣读声明，“德国战败投降后，日本是惟一要将战争进行到底的国家……”。在宣读了四段解释苏俄对盟军的神圣义务和责任后，莫罗托夫说：“综上所述，苏俄政府宣布从明日起，即8月9日，苏俄将对日本宣战。”
佐藤知道抗议是毫无意义的，此刻他惟一值得做的就是捍卫自己的个人尊严。最后，他彬彬有礼地走出了克里姆林宫。莫罗托夫向他致以最高的个人敬意，并保证，如果佐藤希望的话，他可以帮他发送电报，甚至可以用密码电报。佐藤回到大使馆后，他发现电话线已经被切断，连无线设备都已被没收走。佐藤离开克里姆林宫仅仅两个小时后，早已做好准备的160万苏俄红军便突破伪满洲国的边防线，扑向了关东军。这支曾经声名远扬，令人闻3丧胆的关东军被以大量的坦克大炮和飞机武装起来的红军吓成了一团。
在莫罗托夫接见佐藤的同一天，华盛顿收到了第一张由美军侦察机所拍摄的广岛照片。广岛的惨状引起了高层官员的激烈争论。参谋长联席会议主席莱希上将看到照片时深感震惊，他认为这是一种非常不人道的武器。他说美国因为使用原子弹“已经把自身的道德水平下降到黑暗时代的野蛮人了”；陆军部长史汀生也同样忧虑，但是更多的关心接下来的事情，而且，即便如此，他还是对使用了原子弹持肯定态度。史汀生认为和日本坐下来好好谈判的时刻到来了，他说：“如果你惩罚你的狗，你不可能在惩罚之后还会对它发脾气。如果你想取得效果，惩罚应该适可而止。与日本打交道也同样道理，他们实际上是一个温和的民族，我们必须以相同的处事原则与他们相处。”
杜鲁门总统并不很赞成史汀生的意见，他说他已认识到自己对照片里深受苦难的人民负有“极大的责任”，但是，日本没有投降，甚至没有投降的苗头，尽管他们已接到警告。所以，他提醒他的顾问们，除非自己通知有改变，第二枚原子弹将会按计划在8月9日投掷，而且一旦所有零部件运送到提尼安岛，那么很快就是第三枚，第四枚。
第二枚原子弹（也叫“胖子”）与“小男孩”一样有三个保险开关，并且一样威力无穷。不过它比“小男孩”笨重庞大，“腰围”接近5英尺，总长10英尺8英寸。它的中心是一个钚圆球，而不是铀。在内部结构上，“小男孩”是枪式的，而“胖子”是内爆式的。
8月9日，美军再次对日本投掷了原子弹。在预定的目标里，因为小仓的上空云层较厚，而且因为前几天的轰炸导致随3飘来的烟尘遮住了瞄准点，因此，小仓幸运的躲过了这一劫难。经过机组的商议，决定离开小仓上空，改飞长崎。选择长崎还有另外一个好处，那就是它正好在到冲绳的归途中。上午11：01，“胖子”离开机舱，不到1分钟，它就在1500英尺高空爆炸了。
1945年8月9日上午11点，日本首相铃木贯太郎召开了一个紧急会议，与会者包括指挥战争的最高委员会六名成员。原子弹三天前在广岛爆炸一事，强烈地震撼了被称为是“六要员”的委员会六名成员。现在，他们又要应付新的灾难：那天一早，160万苏俄军队向日军盘踞的伪满洲国发起了进攻，原本日方认为苏俄会跟自己达成可以接受的和平，但是这一希望破灭了。铃木想利用�