Pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki
membiarkan kemungkinan bahwa salah satu bom tersebut gagal meledak. Jika uji coba dilakukan di daerah netral, militer Jepang yang bertekad tinggi dan fanatik mungkin tidak akan terpukau. Jika uji coba terbuka dilakukan dan gagal membuat Jepang menyerah, peluang kejutan yang efektif justru akan hilang. Sebaliknya, uji coba terbuka malah akan
mempersiapkan Jepang untuk menyerobot serangan atom semampu mereka. Meski demonstrasi yang tidak memakan korban jiwa sangat menarik, tidak ada cara alternatif yang dapat membuat demonstrasi begitu meyakinkan sehingga mampu mengakhiri [Perang Dunia II].
Rencana demonstrasi diperkenalkan lagi dalam Laporan Franck yang diterbitkan oleh fisikawan James Franck pada tanggal 11 Juni dan Scientific Advisory Panel menolak laporannya pada tanggal 16 Juni. Panel penasihat mengatakan bahwa, "kami merasa demonstrasi teknis tidak dapat mengakhiri perang; kami tidak melihat alternatif yang layak selain penjatuhan bom secara langsung di target militer." Franck kemudian mengirimkan laporannya ke Washington, D.C.
Interim Committee kemudian mengadakan rapat tanggal 21 Juni untuk menilai kembali kesimpulan awalnya. Komite kemudian menegaskan bahwa tidak ada alternatif selain menjatuhkan bom di target militer.
Seperti Compton, banyak pejabat dan ilmuwan A.S. yang berpendapat bahwa demonstrasi akan menghilangkan nilai kejut serangan atom, dan Jepang akan membantah efek mematikan dari bom atom sehingga misi Sekutu tidak akan membuat Jepang menyerah. Tahanan perang Sekutu bisa saja dipindahkan ke tempat demonstrasi dan tewas akibat ledakan bom. Mereka juga khawatir
bahwa bomnya akan gagal karena bom yang dipakai di Trinity bersifat stasioner, tidak dijatuhkan dari langit. Selain itu, hanya dua bom yang siap pakai pada awal Agustus meskipun masih banyak bom lain yang sedang diproduksi. Pembuatan bom itu sendiri memakan biaya miliaran dolar, jadi demonstrasi satu bom saja sudah sangat mahal.
Selama beberapa bulan, A.S. telah menjatuhkan lebih dari 63juta selebaran di seluruh Jepang yang berisi peringatan serangan udara kepada warga sipil. Banyak kota di Jepang yang mengalami kerusakan parah akibat pengeboman udara; sekitar 97% wilayah perkotaan luluh lantak. LeMay mengira bahwa selebaran akan meningkatkan dampak pengeboman secara psikologis dan mengurangi stigma internasional
mengenai pengeboman kota. Meski sudah diberi peringatan, penolakan perang oleh warga Jepang tetap tidak efektif. Rakyat Jepang mempercayai isi selebaran tersebut, tetapi siapapun yang ketahuan menyimpannya akan ditangkap. Teks selebaran disiapkan oleh tahanan perang Jepang karena mereka lebih pantas "untuk memohon kepada sesama prajuritnya".
Sebagai persiapan penjatuhan bom atom di Hiroshima, pemimpin militer A.S. memutuskan untuk menolak demonstrasi pengeboman dan selebaran peringatan karena bomnya belum tentu meledak dan memaksimalkan kejutan psikologis. Hiroshima tidak diberitahu bahwa bom baru dengan kemampuan menghancurkan yang lebih kuat akan dijatuhkan di sana. Berbagai sumber memberi informasi berbeda seputar
selebaran terakhir yang dijatuhkan di Hiroshima sebelum pengeboman atom. Robert Jay Lifton menulis bahwa selebaran terakhir disebar tanggal 27 Juli, dan Theodore H. McNelly mencantumkan tanggal 3 Juli. Sejarah USAAF menyebutkan bahwa sebelas kota tercantum dalam selebaran tanggal 27 Juli, tetapi Hiroshima bukan salah satu kota tersebut, dan tidak ada penyebaran selebaran pada 30 Juli.
Penyebaran selebaran dilaksanakan pada tanggal 1 Agustus dan 4 Agustus. Selebaran mungkin saja disebarkan di Hiroshima pada akhir Juli atau awal Agustus karena korban selamat menyebutkan adanya penyebaran selebaran beberapa hari sebelum bom atom dijatuhkan. Salah satu selebaran mencantumkan dua belas kota yang ditargetkan oleh pengeboman bakar: Otaru, Akita, Hachinohe, Fukushima,
Urawa, Takayama, Iwakuni, Tottori, Imabari, Yawata, Miyakonojo, dan Saga. Hiroshima tidak masuk daftar tersebut.
Truman menunda penyelenggaraan konferensi tingkat tinggi Potsdam selama dua minggu agar bom bisa diuji coba sebelum perundingan dengan Stalin dimulai. Uji Coba Trinity tanggal 16 Juli melebihi harapan semua orang. Pada tanggal 26 Juli, para pemimpin negara Sekutu menandatangani Deklarasi Potsdam yang mencantumkan syarat penyerahan diri Jepang. Deklarasi ini dibuat sebagai ultimatum dan menyatakan bahwa tanpa
penyerahan diri, Sekutu akan menyerang Jepang sehingga mengakibatkan "kemusnahan angkatan bersenjata Jepang secara total dan tak terhindarkan dan kehancuran tanah air Jepang yang juga tak terhindarkan". Bom atom tidak disebutkan dalam komunike tersebut. Tanggal 28 Juli, koran-koran Jepang melaporkan bahwa deklarasi tersebut ditolak oleh pemerintah Jepang. Sore itu juga, Perdana Menteri Suzuki
Kantar menyatakan dalam konferensi pers bahwa Deklarasi Potsdam hanyalah tiruan (yakinaoshi) Deklarasi Kairo dan pemerintah Jepang akan mengabaikannya (mokusatsu, "membunuh dengan mendiamkan"). Pernyataan tersebut ditafsirkan oleh media Jepang dan asing sebagai penolakan deklarasi secara terang-terangan. Kaisar Hirohito yang sedang menunggu respon Soviet atas ajakan perdamaian Jepang
tidak mengambil tindakan untuk mengubah sikap pemerintah. Jepang baru mau menyerah asalkan kekaisaran tidak dibubarkan; Jepang tidak diduduki; angkatan bersenjata Jepang dibubarkan secara sukarela; dan para penjahat perang diadili di pengadilan Jepang.
Menurut Perjanjian Quebec tahun 1943 dengan Britania Raya, Amerika Serikat sepakat bahwa senjata nuklir tidak akan dijatuhkan di negara lain tanpa persetujuan bersama. Pada Juni 1945, kepala British Joint Staff Mission, Marsekal Lapangan Sir Henry Maitland Wilson, setuju bahwa penggunaan senjata nuklir di Jepang akan dicatat secara resmi sebagai keputusan Combined Policy Committee. Di Potsdam, Truman menyetujui permintaan Winston Churchill
bahwa Britania akan diwakili saat bom atom dijatuhkan. William Penney dan Kapten Kelompok Leonard Cheshire diutus ke Tinian, namun mereka mengetahui bahwa LeMay tidak akan mengizinkan mereka ikut terbang dalam misi pengeboman. Hal yang bisa mereka lakukan adalah mengirim sinyal jelas ke Wilson.
Bom Little Boy, kecuali muatan uraniumnya, selesai dibuat pada awal Mei 1945. Proyektil uranium-235 selesai dibuat tanggal 15 Juni, dan targetnya dibuat tanggal 24 Juli. Target dan bom pra-rakitan (bom yang separuh dirakit tanpa komponen fisi) diberangkatkan dari Hunters Point Naval Shipyard, California, pada tanggal 16 Juli menggunakan kapal jelajah USS Indianapolis dan tiba di tempat tujuan tanggal 26 Juli. Isi target diterbangkan pada tanggal 30 Juli.
Inti plutonium pertama dan inisiator urchin polonium-beriliumnya dipindahkan menggunakan peti barang berbahan magnesium yang dirancang oleh Philip Morrison di bawah pengawasan kurir Project Alberta, Raemer Schreiber. Magnesium dipilih karena tidak merusak inti plutonium. Inti bom diangkut menggunakan pesawat C-54 milik 320th Troop Carrier Squadron, bagian 509th Composite Group, dari Kirtland Army Air Field pada tanggal 26 Juli dan tiba
North Field tanggal 28 Juli. Tiga peledak pra-rakitan Fat Man berkekuatan tinggi (F31, F32, dan F33) diangkut di Kirtland pada tanggal 28 Juli oleh tiga pesawat B-29 dari 393d Bombardment Squadron plus satu pesawat dari 216th Army Air Force Base Unit dan diberangkatkan ke North Field. Ketiga peledak tiba pada tanggal 2 Agustus.
Pada hari pengeboman, Hiroshima merupakan kota penting dari segi industri maupun militer. Beberapa satuan militer berpangkalan di dekat Hiroshima, termasuk markas Angkatan Darat Umum Kedua pimpinan Marsekal Lapangan Shunroku Hata. Angkatan Darat Umum Kedua memimpin pertahanan Jepang bagian selatan, dan bermarkas di Istana Hiroshima. Hata membawahkan kurang lebih 400000 prajurit, sebagian besar di antaranya ditempatkan di