Pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki
Kyushu untuk mengantisipasi serbuan Sekutu. Di kota ini juga terdapat markas Angkatan Darat ke-59, Divisi ke-5, dan Divisi ke-224, satuan mobil yang baru dibentuk. Kota ini dilindungi oleh lima bateri senjata antipesawat 7-cm dan 8-cm (2.8 dan 3.1 inci) dari Divisi Antipesawat ke-3, termasuk unit dari Resimen Antipesawat ke-121 dan 122 dan Batalyon Antipesawat Terpisah ke-22 dan 45. Secara keseluruhan, lebih dari 40000 personel militer ditempatkan di Hiroshima.
Hiroshima adalah pangkalan suplai dan logistik militer Jepang berukuran kecil, namun arsenal militernya besar. Kota ini juga merupakan pusat komunikasi, pelabuhan penting, dan tempat berkumpulnya tentara. Hiroshima adalah kota terbesar kedua di Jepang setelah Kyoto yang masih bertahan meski diserang berkali-kali. Alasannya, Hiroshima tidak punya industri pesawat yang menjadi target
utama XXI Bomber Command. Pada tanggal 3 Juli, Kepala Staf Gabungan menghapus Hiroshima, Kokura, Niigata, dan Kyoto dari jalur pesawat pengebom.
Pusat kota dipadati oleh bangunan beton berkerangka dan bangunan berstruktur ringan. Wilayah di luar pusat kota dipadati oleh bengkel kecil berbahan kayu yang tersebar di antara rumah-rumah Jepang. Pabrik terletak di pinggiran kota. Rumah di Hiroshima terbuat dari kayu dengan atap tanah liat. Banyak pula bangunan industri yang berkerangka kayu. Seluruh wilayah perkotaan Hiroshima rentan terbakar.
Sebelum pengeboman atom, populasi Hiroshima mencapai puncaknya sebanyak 381000 jiwa, lalu perlahan turun karena evakuasi sistematis yang dilaksanakan pemerintah Jepang. Saat serangan terjadi, jumlah penduduk Hiroshima 340000-350000 jiwa. Penduduk heran karena Hiroshima tidak menjadi target pengeboman bakar. Sejumlah pihak menduga bahwa kota ini hendak dijadikan markas
pendudukan Amerika Serikat. Ada pula yang menduga bahwa kerabat mereka di Hawaii dan California meminta pemerintah A.S. untuk tidak mengebom Hiroshima. Pejabat pemerintah kota memerintahkan penghancuran beberapa bangunan untuk menciptakan pemecah api berukuran panjang pada tahun 1944. Pemecah api terus diperluas dan diperpanjang sampai pagi tanggal 6 Agustus 1945.
Hiroshima adalah target utama misi pengeboman nuklir pertama pada tanggal 6 Agustus; Kokura dan Nagasaki menjadi target alternatif. Setelah diberi maklumat sesuai Operations Order No. 35, pesawat B-29 Enola Gay dari 393d Bombardment Squadron yang dipiloti Tibbets lepas landas dari North Field, Tinian, menuju Jepang dengan masa tempuh enam jam. Enola Gay (diambil dari nama ibu Tibbets) dikawal oleh dua pesawat B-29. The Great Artiste, di
bawah pimpinan Mayor Charles Sweeney, mengangkut instrumen, sedangkan Necessary Evil yang saat itu belum diberi nama, di bawah pimpinan Kapten George Marquardt, bertugas sebagai perekam foto.
Setelah meninggalkan Tinian, pesawat terbang di atas Iwo Jima untuk menjemput pesawat Sweeney dan Marquardt pukul 05:55 di ketinggian 9.200 feet (2.800 m), dan melanjutkan penerbangan ke Jepang. Pesawat tiba di target pengeboman dengan cuaca cerah di ketinggian 31.060 feet (9.470 m). Parsons, pemimpin misi, mengaktifkan bom di udara untuk mengurangi risiko saat lepas landas. Ia pernah melihat langsung empat
B-29 jatuh dan terbakar saat lepas landas dan khawatir ledakan nuklir akan terjadi bila B-29 yang mengangkut Little Boy jatuh. Asistennya, Letnan Kedua Morris R. Jeppson, mencabut pengaman bom 30 menit sebelum tiba di target pengeboman.
Pada malam tanggal 5-6 Agustus, radar peringatan awal Jepang melacak penerbangan sejumlah pesawat Amerika Serikat yang mengarah ke Jepang bagian selatan. Radar melacak 65 pesawa pengebom ke arah Saga, 102 ke Maebashi, 261 ke Nishinomiya, 111 ke Ube, dan 66 ke Imabari. Sirene serangan udara dinyalakan dan siaran radio dihentikan di sejumlah kota, termasuk Hiroshima. Sirene kondusif dinyalakan di
Hiroshima pukul 00:05. Sekitar satu jam sebelum pengeboman, sirene serangan udara dinyalakan kembali ketika Straight Flush terbang di atas kota. Pesawat ini mengirimkan pesan singkat yang diterima Enola Gay. Pesan tersebut berisi: "Sebaran awan kurang dari 3/10 di semua ketinggian. Saran: bom utama." Sirene kondusif dinyalakan lagi di Hiroshima pukul 07:09.
Pada pukul 08:09, Tibbets memulai misinya dan menyerahkan kendali pesawat ke perwira pengebomnya, Mayor Thomas Ferebee. Bom dilepaskan pukul 08:15 (waktu Hiroshima) sesuai rencana. Little Boy yang mengangkut kurang lebih 64 kg (141lb) uranium-235 memerlukan 44.4 detik untuk jatuh dari ketinggian jelajah 31.000 feet (9.400 m) menuju ketinggian ledakan 1.900 feet (580 m) di atas kota. Enola Gay terbang sejauh 11.5mi (18.5 km) sebelum diterjang gelombang kejut yang dihasilkan ledakan.
Karena angin samping, bom meleset dari titik acuannya, Jembatan Aioi, sejauh kira-kira 800ft (240 m) dan meledak pas di atas Klinik Bedah Shima di. Ledakannya setara dengan 16 kilotons of TNT (67TJ),  2kt. Senjata ini dianggap sangat tidak efisien karena hanya 1.7% material bom yang mengalami fisi. Radius kehancuran total mencapai 1 mile (1.6 km), sedangkan radius kebakarannya mencapai 4.4 square miles (11 km2).
Orang-orang di darat melaporkan melihat pika atau kilau cahaya terang yang diikuti don, bunyi dentuman keras. Sekitar 70000-80000 orang, 20000 di antaranya tentara, atau 30% penduduk Hiroshima tewas akibat ledakan dan kebakaran pascaledakan, dan 70000 orang sisanya cedera.
Sejumlah bangunan beton bertulang di Hiroshima dibangun dengan sangat kuat karena faktor gempa bumi di Jepang, dan kerangkanya tidak runtuh meski letaknya dekat dengan pusat ledakan. Karena bom meledak di udara, ledakan lebih terpusat ke bawah alih-alih ke samping sehingga menyelamatkan Aula Pameran Industri Prefektur, sekarang dikenal dengan nama kubah Genbaku (A-bomb). Gedung ini dirancang dan
dibangun oleh arsitek Ceko, Jan Letzel, dan terletak 150 m (490ft) dari titik nol. Reruntuhan gedung diberi nama Tugu Perdamaian Hiroshima dan terdaftar sebagai Situs Warisan Dunia UNESCO pada tahun 1996 meski ditentang Amerika Serikat dan Cina. Kedua negara beralasan bahwa justru negara-negara Asia selain Jepanglah yang mengalami korban jiwa dan kehancuran properti terbesar dalam Perang Dunia II, dan penganugerahan penghargaan UNESCO kepada Jepang tidak memiliki dasar sejarah.
Amerika Serikat memperkirakan bahwa 4.7 square miles (12 km2) wilayah kota Hiroshima hancur. Pejabat pemerintah Jepang memperkirakan bahwa 69% bangunan di Hiroshima rata dengan tanah dan 6-7% bangunan mengalami kerusakan. Pengeboman atom memicu kebakaran yang menyebar cepat lewat rumah-rumah berbahan kayu dan kertas. Seperti kota-kota lainnya di Jepang, pemecah api gagal mencegah kebakaran.
Dampak pengeboman atom di Hiroshima Perintah serangan pengeboman Hiroshima tanggal 5 Agustus 1945 Korban sipil yang cedera Kubah Genbaku Hiroshima setelah pengeboman Potongan baju yang dikenakan korban mengakibatkan luka bakar pada kulit
Eiz Nomura adalah korban selamat yang diketahui paling dekat dengan ledakan bom. Ia saat itu berada di bawah tanah gedung beton bertulang (disebut Rest House setelah perang) yang berjarak 170 metres (560ft) dari titik nol (hiposentrum). Ia hidup sampai usia 80 tahunan. Akiko Takakura merupakan salah satu korban selamat yang paling dekat dengan hiposentrum ledakan. Ia saat itu berada di gedung Bank Hiroshima yang berjarak 300 meters (980ft) dari titik nol.
Lebih dari 90% dokter dan 93% perawat di Hiroshima tewas atau terluka. Sebagian besar dari mereka sedang berada di pusat kota, wilayah yang paling parah kerusakannya. Banyak rumah sakit hancur atau rusak parah. Hanya satu dokter, Terufumi Sasaki, yang masih bertugas di Red Cross Hospital. Meski situasinya demikian, kepolisian dan relawan mendirikan pusat evakuasi di rumah sakit, sekolah, dan stasiun trem pada sore hari. Kamar mayat didirikan di perpustakaan Asano.