1945年夏天，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，選定日本東京、京都、廣島、長崎、小倉等城市作為投擲原子彈的備選目標。此前，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》。
為迫使日本迅速投降，1945年8月6日8時15分，美軍一架B-29轟炸機飛臨日本廣島市區上空，投下一顆代號為“小男孩”的原子彈。“小男孩”是一顆鈾彈，長3米，直徑0.7米，內裝60公斤高濃鈾，重約4噸，梯恩梯當量為1.5萬噸。炸彈在距地面580米的空中爆炸，在巨大沖擊波的作用下，廣島市的建筑全部倒塌，全市24.5萬人口中死傷總人數達20余萬，城市化為一片廢墟。這是人類歷史上首次將核武器用于實戰，廣島成為第一座遭受原子彈轟炸的城市。
后來美軍又在長崎投下了一顆原子彈，導致長崎市近4萬人直接死亡，總計14萬人員死傷。美國揚言如果日本再執迷不悟，就讓日本從地球上消失。終于在 1945年8月15日日本標準時間中午12點，裕仁天皇宣布日本投降，第二次世界大戰結束。可事后有人發現，其實美國向日本投了三顆原子彈，光長崎就兩顆，但是其中一顆沒有爆炸，最后神秘失蹤。
根據美國陸軍中將格羅夫斯將軍回憶錄中在給馬歇爾的報告中的記載，美軍最后定下了三個投彈目標，分別是廣島、長崎、小倉。但是在8月9日執行轟炸長崎、小倉兩座城市的任務時，先到達的小倉市上空云層密布無法完成投彈任務，于是飛行員只好前往下一目標——長崎。到達長崎后長崎上空同樣是云霧重重，但是這一次飛機是不可能帶著核彈返回的，于是臨時決定采用雷達轟炸，當飛機做好了投彈準備的時候，空中的云霧突然散開了，天空中出現了一個清朗的大洞，轟炸員比漢透過這個大洞，看到了山谷中的一條跑道時，就果斷地把兩顆核彈投了下去！
原子彈轟然爆炸，長崎瞬間成為人間地獄。但當傷亡數字傳來時，美軍卻發現傷亡數字遠低于早先戰略轟炸局的預期，這是因為投下的兩顆原子彈其實只爆炸了一顆，而且爆炸的這顆還偏離了目標區域。有人說日本當局將這枚未爆炸的原子彈交給了蘇聯換取利益，所以蘇聯才能在短短的三年后成功試爆首顆原子彈！
