Pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki
melakukan pendekatan ke landasan, mesin nomor dua mati karena kehabisan bahan bakar. Setelah mendarat keras, pesawat B-29 tersebut oleng ke menuju barisan pesawat pengebom B-24 sebelum pilot berhasil mengendalikannya. Baling-baling terbalik B-29 tidak mampu memperlambat pesawat, dan karena kedua pedal rem sama-sama ditekan, Bockscar berbelok 90 derajat di ujung landasan agar
tidak tergelincir keluar landasan. Ketika pesawat berhenti, mesin kedua sudah mati akibat kekosongan bahan bakar. Teknisi penerbangan lalu mengukur bahan bakar di tangki dan menunjukkan bahwa bahan bakar yang tersisa cukup untuk terbang kurang dari lima menit.
Setelah misi dilaksanakan, identifikasi pesawat mulai dipertanyakan. Saksi mata pertama, wartawan perang William L. Laurence dari New York Times yang ikut menumpang pesawat Bock, melaporkan bahwa Sweeney adalah pemimpin misi di The Great Artiste. Ia juga menulis bahwa nomor "Victor"-nya adalah 77, nomornya Bockscar, dan sejumlah personel berkomentar bahwa 77 adalah nomor baju pemain
rugbi Red Grange. Laurence telah duluan mewawancarai Sweeney dan awaknya dan tahu bahwa mereka menyebut pesawatnya The Great Artiste. Kecuali Enola Gay, tak satupun B-29 milik 393d yang namanya dicat di hidung pesawat; informasi ini ditulis dalam kesaksian Laurence. Tak menyadari perubahan pesawat, Laurence menduga Victor 77 adalah The Great Artiste, padahal sebenarnya Victor 89.
Meski bom ini lebih kuat daripada bom di Hiroshima, dampaknya dibatasi oleh perbukitan di Lembah Urakami yang sempit. Dari 7500 karyawan Jepang yang bekerja di Pabrik Munisi Mitsubishi, termasuk pelajar yang dimobilisasi dan pekerja reguler, 6.2000 karyawan tewas. Kurang lebih 17000-22000 orang yang bekerja di pabrik perang lainnya di Nagasaki juga tewas. Perkiraan korban tewas bervariasi
mulai dari 22000 sampai 75000 jiwa. Beberapa hari dan bulan setelah ledakan, banyak orang yang meninggal akibat dampak bom. Karena terdapat pekerja asing tak resmi dan personel militer transit di sana, perbedaan perkiraan total korban tewas pada akhir 1945 sangat besar. Berbagai penelitian menyebutkan angka mulai dari 39000 sampai 80000 jiwa.
Tidak seperti jumlah korban militer yang tewas di Hiroshima, hanya 150 tentara yang tewas seketika di Nagasaki, termasuk 36 tentara dari Resimen AAA ke-134 dari Divisi AAA ke-4 Angkatan Darat Kekaisaran Jepang. Sedikitnya delapan tahanan perang diketahui tewas akibat pengeboman ini dari total perkiraan 13 tahanan perang tewas, termasuk seorang warga Britania, Kopral Angkatan Udara Kerajaan Ronald Shaw, dan
tujuh tahanan perang Belanda. Seorang tahanan perang Amerika Serikat, Joe Kieyoomia, sedang berada di Nagasaki saat pengeboman terjadi, namun selamat karena dilindungi oleh dinding penjara yang terbuat dari beton. 24 tahanan perang Australia di Nagasaki selamat.
Radius kehancuran total mencapai 1mi (1.6 km). Kebakaran tersebar dari wilayah utara kota sampai 2mi (3.2 km) di selatan pusat ledakan. Sekitar 58% Pabrik Senjata Mitsubishi dan 78% Pabrik Baja Mitsubishi rusak. Pabrik Listrik Mitsubishi hanya mengalami 10% kerusakan struktural karena terletak di batas zona kehancuran utama. Arsenal Nagasaki luluh lantak akibat ledakan ini.
Groves berharap ada pengeboman atom lagi pada 19 Agustus, tiga lagi sepanjang bulan September, dan tiga lainnya bulan Oktober. Pada tanggal 10 Agustus, ia mengirim memorandum ke Marshall bahwa "bom selanjutnya... harus siap dijatuhkan pada hari cerah pertama setelah 17 atau 18 Agustus." Pada hari yang sama, Marshall mengomentari memo tersebut: "Bom tersebut tidak akan dijatuhkan di Jepang
tanpa seizin Presiden." Truman diam-diam meminta pengeboman lanjutan pada 10 Agustus. Permintaan tersebut membatalkan perintah sebelumnya yang menyatakan bahwa kota-kota target akan diserang bom atom "setelah bomnya siap".
Di Departemen Perang ada pembahasan seputar penghematan bom yang diproduksi untuk Operasi Downfall. "Masalahnya sekarang [13 Agustus] adalah bila Jepang tidak menyerah, apakah kita perlu menjatuhkan [bom atom] terus-menerus tiap kali satu [bom] selesai dibuat dan dikirimkan ke sana atau menahan diri... lalu menjatuhkan semuanya dalam waktu
singkat. Bukan dalam satu hari, melainkan masa waktu yang singkat. [Kita] perlu mempertimbangkan pula target yang hendak diserang. Dengan kata lain, bukankah kita perlu berfokus pada target yang akan menjadi bantuan terbesar bagi serbuan [Sekutu] alih-alih industri, moral, psikologi, dan semacamnya? Lebih ke manfaat taktis daripada manfaat lain."
Dua rakitan Fat Man sudah disiapkan dan dijadwalkan berangkat dari Kirtland Field ke Tinian pada tanggal 11 Agustus dan 14 Agustus, dan Tibbets diminta LeMay kembali ke Albuquerque, New Mexico, untuk mengambilnya. Di Los Alamos, para teknisi bekerja 24 jam tanpa henti untuk membentuk inti plutonium lainnya. Meski dibentuk, inti tersebut masih perlu dipadatkan dan dilapisi sampai tanggal 16
Agustus. Bom baru siap dipakai tanggal 19 Agustus. Namun demikian, karena tidak bisa menghubungi Marshall, Groves mengeluarkan perintah pada 13 Agustus bahwa inti bom tidak akan dikirimkan.
Sampai 9 Agustus, dewan perang Jepang masih kukuh dengan empat syarat penyerahan dirinya. Pada hari itu pula, Hirohito memerintahkan Kichi Kido untuk "mengendalikan situasi dengan sigap... karena Uni Soviet telah menyatakan perang melawan kita." Lalu, ia mengadakan pertemuan Kekaisaran dan meminta menteri Shigenori Tg memberitahu Sekutu bahwa Jepang akan menerima ketentuan
penyerahan diri Sekutu dengan satu syarat, ketentuan tersebut "tidak berisi tuntutan yang melawan keputusan prerogatif Yang Mulia sebagai penguasa berdaulat."
Pada tanggal 12 Agustus, Kaisar memberitahu keluarganya seputar keputusan menyerah. Salah satu pamannya, Pangeran Asaka, kemudian bertanya apakah perang akan dilanjutkan bila kokutai tidak bisa dipertahankan. Hirohito menjawab, "Tentu saja." Karena Sekutu membiarkan prinsip perlindungan Takhta Kekaisaran, Hirohito merekam pengumuman penyerahan dirinya pada tanggal 14 Agustus dan baru
disiarkan di seluruh Jepang keesokan harinya meski sempat ada pemberontakan kecil oleh kaum militeris yang menolak untuk menyerah.
Selain itu, saat ini musuh telah memiliki senjata baru dan mengerikan yang mampu melenyapkan nyawa orang-orang tak bersalah dan menimbulkan kerusakan tak ternilai. Bila kita terus melawan, bukan saja bangsa Jepang yang akan runtuh dan musnah, seluruh peradaban umat manusia juga akan musnah.
Apabila hal demikian terjadi, bagaimana Kami menyelamatkan jutaan rakyat Kami, atau menyucikan diri Kami di hadapan para ruh Leluhur Kekaisaran Kami? Ini sebabnya Kami memerintahkan penerimaan syarat Deklarasi Bersama Negara-Negara Penguasa.
Dalam "Pengumuman Kepada Tentara dan Pelaut" yang dikirimkan tanggal 17 Agustus, ia menekankan dampak serbuan Soviet atas keputusannya untuk menyerah dan tidak menyebutkan pengeboman apapun. Hirohito bertemu Jenderal MacArthur tanggal 27 September dan mengatakan bahwa, "[p]erdamaian tidak tercipta sampai akhirnya pengeboman Hiroshima menciptakan situasi yang mungkin dramatis." Selain itu,
pidato "Pengumuman Kepada Tentara dan Pelaut" yang ia sampaikan ke MacArthur bersifat pribadi, bukan politis, dan tidak pernah menyatakan bahwa campur tangan Soviet di Manchuria adalah alasan utama Jepang menyerah. Faktanya, sehari setelah pengeboman Nagasaki dan serbuan Soviet ke Manchuria, Hirohito memerintahkan para penasihatnya, terutama Kepala Sekretaris Kabinet Hisatsune Sakomizu,
Kawada Mizuho, dan Masahiro Yasuoka, untuk menyusun pidato penyerahan diri. Dalam pidato Hirohito, beberapa hari sebelum disiarkan di radio tanggal 15 Agustus, ia menyampaikan tiga alasan utama untuk menyerah: pertahanan Tokyo tidak akan selesai diperkuat sebelum serbuan Amerika Serikat ke Jepang, Kuil Ise akan diduduki Amerika Serikat, dan senjata atom yang dikerahkan Amerika