6 августа 1945 года примерно в 08:15 утра самолёт В-29 американских ВВС беспрепятственно пролетел над центром Хиросимы и сбросил на город четырёхтонную урановую бомбу «Малыш» (Little Boy).
Техническая подготовка к проведению атомной бомбардировки происходила следующим образом. В течение мая-июня 1945 года на остров Тиниан прибыла американская 509-я смешанная авиационная группа. Район базирования группы на острове находился в нескольких милях от остальных подразделений и тщательно охранялся. 26 июля крейсер «Индианаполис» доставил на Тиниан атомную бомбу.
28 июля начальник Объединённого комитета начальников штабов Джордж Маршалл подписал приказ на боевое применение ядерного оружия. Этот приказ, разработанный руководителем Манхэттенского проекта генерал-майором Лесли Гровсом, предписывал нанести ядерный удар «в любой день после третьего августа, как только позволят погодные условия». 29 июля на Тиниан прибыл командующий стратегической авиацией США генерал Карл Спаатс, доставив на остров приказ Маршалла.
Так, 6 августа американский бомбардировщик В-29 подлетел к Хиросиме на высоте примерно в 9357 метров и начал бомбардировку. В 08:15 бомба «Малыш» покинула бомбовый отсек. Затем самолёт совершил резкий поворот на 155 градусов вправо и снизился на 518 метров. Бомба взорвалась примерно в 576 метрах над городом, а мощность взрыва составила 13 килотонн. Минуту спустя самолёт настигла первая ударная волна, распространявшаяся со скоростью примерно в 335 метров в секунду.
В 08:15 бомба взорвалась ослепительной вспышкой в небе, огромным мчащимся порывом воздуха и оглушительным грохотом, распространившимся за много миль от города; первые разрушения сопровождались звуками рушащихся домов, разрастающимися пожарами, гигантское облако пыли и дыма отбросило тень на город.
Первое настоящее понимание японцами того, что действительно вызвало катастрофу, пришло из публичного сообщения из Вашингтона. Заявление президента Соединённых Штатов Америки Гарри Трумена: «Шестнадцать часов назад американский самолёт сбросил единственную бомбу на Хиросиму, важную базу японской армии. Эта бомба обладала большей мощью, чем 20 000 тонн тротила. Её заряд более чем в две тысячи раз превосходит заряд британского Grand Slam’а, самой большой бомбы из использовавшихся в истории войн».
В рассекреченном докладе посла Японии в СССР сказано, что на расстоянии 5-7 км от станции Хиросима практически все здания были разрушены, уцелели только железобетонные конструкции. В докладе отмечается, что листва деревьев опалена неравномерно, часть людей получила сильные ожоги, а часть вовсе не пострадала. Авторы пояснили, что это даёт основание предположить, что энергия бомбы излучалась не сплошной массой, а пучками, в результате чего остались непоражённые участки, однако это на удалении от взрыва. В радиусе же одного километра от взрыва уничтожено всё живое.
По примерным оценкам, атомный взрыв в Хиросиме унёс жизни от 70 до 80 тысяч человек в течение первых секунд, а до конца 1945 года от ожогов и лучевой болезни умерло порядка 165 тысяч человек. В течение последующих десяти лет количество умерших от лучевой болезни и от онкологических заболеваний превышало 200 тысяч человек.
Все японские политики, выступившие 6 августа 2023 года на траурной церемонии памяти жертв атомной бомбардировки Хиросимы в 1945 году, умолчали, что бомбу сбросили США. «В этот день 78 лет назад из-за одной атомной бомбы были потеряны сто и несколько десятков тысяч драгоценных жизней. Город превратился в выжженную землю, в один миг у людей отняли их мечты и светлое будущее», — сказал премьер островного государства Фумио Кисида в начале выступления, не упомянув, кем они были отняты.