1945 年秋，日本敗局已定。美國總統杜魯門和美國政府想盡快迫使日本投降，也想以此抑制蘇聯，於是杜魯門決定在日本的廣島、長崎等四個城市中選擇壹個目標投擲原子彈。在此之前，美國、英國和中國發表了《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》。出於軍事和政治的原因，美國政府便按照原定計劃，對日本使用原子彈。
1945 年 8 月 6 日早晨 8 時整， 3 架 B-29 美機又從高空進入廣島上空。這時很多廣島市民並未進入防空洞，而是在仰望美機。在此以前， B-29 已連續數天飛臨日本領空進行訓練，但這壹次的 3 架飛機中，有壹架已經裝上了壹顆 5 噸重的原子彈。此時正奉命來轟炸廣島。
9 點 14 分 17 秒，那架裝載著原子彈的美機上的視準儀對準了廣島壹座橋的正中時，自動裝置被打開了。 60 秒種後，原子彈從打開的艙門落入空中。這時飛機作了壹個 155 °的轉彎，俯沖下來；壹瞬間，飛行高度下降了 300 多米。這樣做是為了盡量遠離爆炸地點。 45 秒種後，原子彈在離地 600 米空中爆炸，立即發出令人眼花目眩的強烈的白色閃光，廣島市中心上空隨即發生震耳欲聾的大爆炸。頃刻之間，城市突然卷起巨大的蘑菇狀煙雲，接著便豎起幾百根火柱，廣島市馬上淪為焦熱的火海。
原子彈爆炸的強烈光波，使成千上萬人雙目失明； 10 億度的高溫，把壹切都化為灰燼；放射雨使壹些人在以後 20 年中緩慢地走向死亡；沖擊波形成的狂風，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，象原子分離那樣分崩離析。離中心遠壹點的地方，可以看到在壹霎那間被燒毀的男人和女人及兒童的殘骸。更遠壹些的地方，有些人雖僥幸還活著，但不是被嚴重燒傷，就是雙目被燒成兩個窟窿。在 16 公裏以外的地方，人們仍然可以感到悶熱的氣流。
當時廣島人口為 34 萬多人，靠近爆炸中心的人大部分死亡，當日死者計 8.8 萬余人，負傷和失蹤的為 5.1 萬余人；全市 7.6 萬幢建築物全被毀壞的有 4.8 萬幢，嚴重毀壞的有 2.2 萬幢。
但是，廣島的悲劇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象，把希望寄托在蘇聯的調停上。但 8 月 8 日，日本從蘇聯領導人那裏得到的回答是：日本仍在繼續進行戰爭，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壹切根據。蘇聯政府遵守對聯合國的義務，接受聯合國的要求，宣布從 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 萬余人，從而釀成了廣島以來的又壹次悲劇。