Pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki
Tidak seperti kota target lainnya, Nagasaki tidak dikeluarkan dari jalur pesawat pengebom sesuai surat perintah Kepala Staf Gabungan tanggal 3 Juli dan dibom kecil-kecilan sebanyak lima kali. Dalam serangan tanggal 1 Agustus, sejumlah bom konvensional berkekuatan tinggi dijatuhkan di kota ini. Beberapa bom menghantam galangan kapal dan dok di selatan kota, dan beberapa lainnya
menghantam Pabrik Baja dan Senjata Mitsubishi. Pada awal Agustus, kota ini dilindungi oleh Resimen Antipesawat ke-134 dari Divisi Antipesawat ke-4 Angkatan Darat Kekaisaran Jepang. Mereka dilengkapi empat bateri senjata antipesawat 7 cm (2.8in) dan dua bateri senter besar.
Berbeda dengan Hiroshima, hampir semua bangunan di Nagasaki bergaya Jepang lama, terbuat dari kayu atau berkerangka kayu dengan dinding kayu (dengan atau tanpa plaster), dan beratapkan tanah liat. Banyak industri dan usaha kecil didirikan di bangunan kayu atau material lain yang tidak mampu menahan ledakan. Nagasaki dibiarkan berkembang tanpa penataan kota yang layak; permukiman didirikan
di dekat pabrik dan permukiman lainnya sepadat mungkin di seluruh lembah industri Nagasaki. Pada hari pengeboman, sekitar 263000 orang sedang berada di Nagasaki, termasuk 240000 penduduk Jepang, 10000 penduduk Korea, 2500 pekerja Korea, 9000 tentara Jepang, 600 pekerja Cina, dan 400 tahanan perang Sekutu di perkemahan di sebelah utara Nagasaki.
Penentuan waktu pengeboman kedua menjadi tugas Tibbets. Serangan Kokura awalnya dijadwalkan pada 11 Agustus, lalu digeser dua hari lebih awal untuk menghindari lima hari prakiraan cuaca buruk mulai 10 Agustus. Tiga pra-rakitan bom telah diangkut ke Tinian (F-31, F-32, dan F-33). Pada tanggal 8 Agustus, latihan pengeboman dilakukan di lepas pantai Tinian oleh Sweeney
menggunakan pesawat pengebom Bockscar. Rakitan F-33 dipakai untuk menguji komponennya, dan F-31 dipakai untuk misi tanggal 9 Agustus.
Pada pukul 03:49 tanggal 9 Agustus 1945, Bockscar, diterbangkan oleh awak Sweeney, mengangkut Fat Man ke target utama (Kokura) dan target kedua (Nagasaki). Rencana misi serangan kedua hampir sama seperti misi Hiroshima: dua pesawat B-29 terbang satu jam sebelumnya untuk memantau cuaca dan dua B-29 terbang mengawal Sweeney untuk instrumentasi dan perekaman foto misi. Sweeney lepas landas membawa bom yang sudah diaktifkan dengan pengaman listrik.
Semasa inspeksi pra-penerbangan Bockscar, teknisi penerbangan memberitahu Sweeney bahwa pompa bahan bakar yang tidak aktif membuat Bockscar tidak mungkin mengangkut 640 US gallons (2.400 l; 530impgal) bahan bakar di dalam tangki cadangan. Bahan bakar tersebut masih harus dibawa ke Jepang dan dikembalikan sehingga memakan bahan bakar lebih banyak. Mengganti pompa membutuhkan waktu
berjam-jam; memindahkan Fat Man ke pesawat lain juga membutuhkan waktu yang lama dan berbahaya karena bomnya aktif. Tibbets dan Sweeney memutuskan untuk melanjutkan misi dengan pesawat Bockscar.
Kali ini, Penney dan Cheshire diizinkan mengawal misi ini sebagai pemantau di pesawat ketiga, Big Stink, yang diterbangkan oleh perwira operasi kelompok, Mayor James I. Hopkins, Jr. Pemantau di pesawat cuaca melaporkan bahwa cuaca di kedua kota target cerah. Saat pesawat Sweeney tiba di titik kumpul untuk persiapan terbang ke pesisir Jepang, Big Stink tidak ada. Menurut Cheshire, Hopkins berada
terbang 9.000 feet (2.700 m) lebih tinggi daripada ketinggian seharusnya dan tidak terbang berputar di atas Yakushima seperti yang sudah disepakati bersama Sweeney dan Kapten Frederick C. Bock; Bock menerbangkan pesawat pendukung B-29 The Great Artiste. Hopkins malah terbang dengan pola melengkung sejauh 40-mile (64 km). Meski diperintahkan untuk tidak terbang memutar lebih dari lima belas menit, Sweeney terus menunggu Big Stink atas usulan Ashworth, operator senjata pesawat yang memimpin misi ini.
Setelah melewati batas waktu keberangkatan selama setengah jam, Bockscar, ditemani The Great Artiste, melanjutkan penerbangan ke Kokura dengan waktu tempuh tiga puluh menit. Penundaan di titik kumpul mengakibatkan terbentuknya awan di Kokura disertai asap bekas serangan pengeboman bakar oleh 224 B-29 di Yahata sehari sebelumnya. Selain itu, Pabrik Baja Yawata sengaja membakar tar batu
bara agar menghasilkan asap hitam. Awan dan asap menutupi 70% wilayah Kokura dan mengaburkan titik acuan bom. Tiga penerbangan pengeboman dilaksanakan selama 50 menit selanjutnya, membuang bahan bakar, dan memicu penyerangan armada pesawat oleh pasukan pertahanan Yawata, namun pesawat pengebom tidak dapat melihat target penjatuhan bom. Pada penerbangan pengeboman ketiga, tembakan senjata
antipesawat Jepang semakin dekat, dan Letnan Kedua Jacob Beser yang saat itu sedang mengawasi komunikasi Jepang melaporkan adanya aktivitas lewat pita radio pesawat tempur Jepang.
Seusai melakukan tiga penerbangan pengeboman di atas kota dengan bahan bakar rendah akibat kegagalan pompa, mereka terbang ke target kedua, Nagasaki. Perhitungan konsumsi bahan bakar di tengah perjalanan menunjukkan bahwa Bockscar tidak akan mampu mencapai Iwo Jima dan harus terbang ke Okinawa. Awalnya mereka memutuskan bahwa apabila Nagasaki tidak terlihat saat mereka tiba,
awak pesawat akan menerbangkan bomnya ke Okinawa dan menjatuhkannya di laut bila perlu. Ashworth kemudian memutuskan untuk mengambil pendekatan radar apabila target tidak terlihat.
Sekitar pukul 07:50 waktu Jepang, sirene serangan udara dinyalakan di Nagasaki. Sirene kondusif dinyalakan pukul 08:30. Ketika hanya dua B-29 Superfortress terlihat pukul 10:53, Jepang berasumsi bahwa kedua pesawat tersebut sedang dalam misi pengintaian dan tidak menyalakan sirene lagi.
Beberapa menit kemudian pada pukul 11:00, The Great Artiste menjatuhkan instrumen yang dilengkapi tiga parasut. Instrumen-instrumen ini berisi surat tak bertanda tangan kepada Profesor Ryokichi Sagane, fisikawan Universitas Tokyo yang belajar bersama tiga ilmuwan pencipta bom atom di Universitas California, Berkeley. Surat tersebut berisi permohonan kepada Sagane untuk memperingatkan masyarakat tentang bahaya
senjata pemusnah massal. Pesan tersebut ditemukan oleh militer, tetapi baru diserahkan kepada Sagane satu bulan kemudian. Pada tahun 1949, salah satu penulis surat tersebut, Luis Alvarez, bertemu Sagane dan menandatanganinya.
Pukul 11:01, jeda di antara awan di langit Nagasaki memungkinkan perwira pengebom Bockscar, Kapten Kermit Beahan, melihat target bom sesuai rencana. Bom Fat Man yang mengandung inti plutonium berbobot 6.4 kg (14lb) dijatuhkan di lembah industri Nagasaki di. Bom meledak 47 detik kemudian di ketinggian 1.65033ft (50310 m) di atas lapangan tenis, separuh jalan antara Pabrik Baja dan Senjata Mitsubishi di
selatan dan Arsenal Nagasaki di utara. Ledakan terjadi hampir 3 km (1.9mi) di sebelah barat laut target awal. Ledakan tersebut dibatasi oleh Lembah Urakami, dan sebagian besar kota dilindungi oleh lembah di sekitarnya. Ledakan bom setara dengan 212kt (87.98.4TJ) dan menghasilkan panas bersuhu 3.900 °C (7.050 °F) serta angin kencang berkecepatan 1.005 km/h (624mph).
Big Stink melihat ledakan dari jarak seratus mil dan terbang ke arah Nagasaki untuk melihat lebih dekat. Karena penundaan misi dan kegagalan pompa bahan bakar, Bockscar tidak memiliki bahan bakar yang cukup untuk mendarat darurat di Iwo Jima, jadi Sweeney dan Bock terbang ke Okinawa. Setibanya di sana, Sweeney terbang memutar selama 20 menit untuk meminta izin pendaratan dari menara pengawas.
Ia lalu menyadari bahwa radionya rusak. Dengan bahan bakar kritis, Bockscar berhasil mendarat di Lapangan Terbang Yontan, Okinawa. Dengan bahan bakar untuk sekali upaya pendaratan, Sweeney dan Albury mendaratkan Bockscar dengan kecepatan 150 miles per hour (240 km/h) alih-alih kecepatan normal 120 miles per hour (190 km/h) dan menembakkan suar bahaya untuk memberitahu awak darat mengenai pendaratan mendadak. Saat Bockscar