Στις 6 Αυγούστου του 1945, το βομβαρδιστικό Β-29, Enola Gay, στις 08.15 το πρωί, ρίχνει την πρώτη ατομική βόμβα ουρανίου, την οποία οι Αμερικάνοι βάφτισαν «Little Boy, στη Χιροσίμα των 300.000 κατοίκων.
«Ένα εκτυφλωτικό φως γέμισε το αεροσκάφος. Γυρίσαμε και κοιτάξαμε τη Χιροσίμα. Η πόλη ήταν σκεπασμένη από ένα τρομερό σύννεφο... που ανέβαινε σαν μανιτάρι. Κανείς δεν μιλούσε. Αίφνης, όλοι άρχισαν να φωνάζουν. Κοιτάξτε, κοιτάξτε, κοιτάξτε!». Ο συγκυβερνήτης του Enola Gay Λιούις έγραψε στο ημερολόγιό του: «Θεέ μου! Τι κάναμε;».
Όσοι βρισκόταν κοντά στο σημείο της έκρηξης πέθαναν αμέσως ενώ τα πτώματά τους μετατράπηκαν σε κάρβουνα. Σχεδόν όλα τα κτίρια σε ακτίνα 1 μιλίου από το σημείο μηδέν της έκρηξης ισοπεδώθηκαν ενώ όλα τα εύφλεκτα υλικά, όπως το χαρτί, άρπαξαν φωτιά σε ακτίνα 2 χιλιομέτρων. Οι επιζήσαντες περιγράφουν έναν κυριολεκτικά εκτυφλωτικό φως και ένα ξαφνικό και σαρωτικό κύμα θερμότητας.
Οι πολλαπλές μικρές πυρκαγιές που ξεπήδησαν στην πόλη, σύντομα ενώθηκαν σε ένα τεράστιο πύρινο μέτωπο, προκαλώντας δυνατά ρεύματα αέρα προς το κέντρο της φωτιάς. Η πυρκαγιά κάλυψε 4.4 τετραγωνικά χιλιόμετρα της πόλης, σκοτώνοντας όσους δεν πέθαναν από την έκρηξη. Περισσότεροι από 70.000 άνθρωποι βρήκαν ακαριαίο θάνατο. Η πυρηνική ακτινοβολία ωστόσο προκάλεσε το θάνατο άλλων 100.000-200.000 ανθρώπων, από εκείνη τη μέρα και για δεκαετίες αργότερα.
Η κυβέρνηση της Ιαπωνίας δεν γνώριζε τι ακριβώς είχε συμβεί για αρκετές ώρες. Όλες οι επικοινωνίες με την πόλη σταμάτησαν στις 08.16 το πρωί και σταδιακά έφταναν πληροφορίες για μια μεγάλη έκρηξη. Τελικά ένας αξιωματικός απεστάλη με αεροσκάφος να επιθεωρήσει από αέρος τι είχε συμβεί. Ενώ βρισκόταν ακόμα 100 μίλια μακριά άρχισε να δίνει αναφορές για ένα τεράστιο σύννεφο που κάλυπτε την πόλη. Η πρώτη επιβεβαίωση της επίθεσης με ατομική βόμβα ήρθε 16 ώρες αργότερα, όταν οι ΗΠΑ έκαναν την επίσημη ανακοίνωση. Τα ραδιόφωνα μετέδιδαν στις ΗΠΑ δήλωση του προέδρου Τρούμαν που πληροφορούσε το κοινό ότι οι ΗΠΑ έριξαν μια βόμβα νέου τύπου στην ιαπωνική πόλη της Χιροσίμα. Ο Τρούμαν προειδοποιούσε ότι αν η Ιαπωνία εξακολουθούσε να αρνείται την παράδοσή της άνευ όρων, όπως προέβλεπε η Δήλωση του Πότσδαμ της 26ης Ιουλίου, οι ΗΠΑ θα έπλητταν κι άλλους στόχους με συντριπτικά αποτελέσμα
Στις 8 Αυγούστου η Σοβιετική Ένωση κηρύσσει τον πόλεμο στην Ιαπωνία, τερματίζοντας τις ελπίδες των ΗΠΑ για λήξη του πολέμου πριν την είσοδο της Ένωσης στο πολεμικό θέατρο του Ειρηνικού. Την επόμενη μέρα, αμερικανικά αεροσκάφη πετούσαν φυλλάδια πάνω από την Ιαπωνία που έγραφαν: «Έχουμε στην κατοχή μας το πιο καταστρεπτικό εκρηκτικό που δημιούργησε ποτέ ο άνθρωπος. Μοναχά μία από τις νέες μας ατομικές βόμβες έχει ίση εκρηκτική ισχύ με 2.000 φορτία βομβαρδιστικών B-29. Οφείλετε να αναλογιστείτε το φοβερό αυτό γεγονός και σας διαβεβαιώνουμε ότι είναι απόλυτα ακριβές. Μόλις ξεκινήσαμε να χρησιμοποιούμε αυτό το όπλο κατά της πατρίδας σας. Αν εξακολουθείτε να αμφιβάλετε, ρωτήστε για το τι συνέβη στην Χιροσίμα, όπου έπεσε μοναχά μία ατομική βόμβα».
Λίγες ώρες αργότερα, η κατά 40% ισχυρότερη από αυτή της Χιροσίμα, βόμβα πλουτωνίου με το παρατσούκλι «Fat Man», έπληξε την πόλη Ναγκασάκι.
Στις 15 Αυγούστου η Ιαπωνία ανακοίνωσε την παράδοσή της στις Συμμαχικές Δυνάμεις, θέτοντας τέρμα στον Β’ Παγκόσμιο.
Οι δύο αυτές ρίψεις έγιναν με προσωπική απόφαση του τότε Προέδρου των ΗΠΑ Χάρι Τρούμαν. Για να πραγματοποιηθούν, ο διοικητής της μοίρας της Αεροπορίας Στρατού Σπατζ, στην οποία ανήκαν τα αεροσκάφη, ζήτησε έγγραφη τη διαταγή από την πολιτική ηγεσία "αρνούμενος να σκοτώσει ίσως 100.000 άτομα με προφορικές μόνον εντολές". Η διαταγή πράγματι του στάλθηκε εγγράφως με τις υπογραφές του Υπουργού Εσωτερικών Τζορτζ Μάρσαλ και του Υπουργού Στρατιωτικών Χένρι Στίμσον. Η τελική, ωστόσο, απόφαση, σύμφωνα με το Σύνταγμα των ΗΠΑ, έπρεπε να ληφθεί μόνον από τον Πρόεδρο, ο οποίος και την έλαβε, με την αιτιολογία ότι οι ρίψεις αυτές θα έφερναν γρήγορο τέλος στον πόλεμο του Ειρηνικού και ότι τα θύματα από τις βόμβες θα ήταν λιγότερα από τις απώλειες σε μια ενδεχόμενη απόβαση στην Ιαπωνία ή από τη συνέχιση του πολέμου. Υπάρχουν απόψεις όμως που υποστηρίζουν ότι η ρίψη των ατομικών βομβών ήταν μια επίδειξη δύναμης από τις ΗΠΑ προς τον υπόλοιπο κόσμο και κυρίως προς τη Σοβιετική Ένωση. Ως τέτοια, προλείανε το έδαφος για την έναρξη του Ψυχρού Πολέμου. Για πολλούς μελετητές, ιστορικούς οι ρίψεις των ατομικών βομβών ήταν ένα έγκλημα.