Op 6 en 9 Augustus 1945 het die Verenigde State twee atoombomme oor onderskeidelik die Japannese stede Hiroshima en Nagasaki laat ontplof. Die bomaanvalle het tussen 129 000 en 226 000 mense doodgemaak, van wie die meeste burgerlikes was, en bly die enigste gebruik van kernwapens in 'n gewapende konflik. Japan het op 15 Augustus aan die Geallieerdes oorgegee, ses dae ná die bombardement van Nagasaki en die Sowjetunie se oorlogsverklaring teen Japan en die inval in die Japannese besette Mantsjoerye. Die Japannese regering het die instrument van oorgawe op 2 September onderteken, wat die oorlog effektief beëindig het.

In die laaste jaar van die Tweede Wêreldoorlog het die Geallieerdes voorberei vir 'n duur inval op die Japannese vasteland. Hierdie onderneming is voorafgegaan deur 'n konvensionele bom- en brandbomveldtog wat 64 Japannese stede verwoes het. Die oorlog in die Europese teater het geëindig toe Duitsland op 8 Mei 1945 oorgegee het, en die Geallieerdes het hul volle aandag op die Stille Oseaan-oorlog gevestig. Teen Julie 1945 het die Geallieerdes se Manhattan-projek twee tipes atoombomme vervaardig: "Little Boy", 'n verrykte uraangeweer-tipe splytingswapen, en "Fat Man", 'n plutonium-inploffing-tipe kernwapen. Die 509ste saamgestelde groep van die Amerikaanse weermag se lugmagte is opgelei en toegerus met die gespesialiseerde Silwerplaat-weergawe van die Boeing B-29 Superfortress, en na Tinian in die Mariana-eilande ontplooi. Die Geallieerdes het in die Potsdam-verklaring op 26 Julie 1945 'n beroep gedoen op die onvoorwaardelike oorgawe van die Keiserlike Japannese gewapende magte, die alternatief was "spoedige en algehele vernietiging". Die Japannese regering het die ultimatum geïgnoreer.

Die toestemming van die Verenigde Koninkryk is verkry vir die bombardement, soos vereis deur die Quebec-ooreenkoms, en bevele is op 25 Julie deur generaal Thomas Handy, die waarnemende stafhoof van die Verenigde State se weermag, uitgereik dat atoombomme teen gebruik moet word. Hiroshima, Kokura, Niigata en Nagasaki. Hierdie teikens is gekies omdat dit groot stedelike gebiede was wat ook militêr belangrike fasiliteite gehad het. Op 6 Augustus is 'n klein seuntjie op Hirosjima laat val. Drie dae later is 'n Fat Man op Nagasaki laat val. Oor die volgende twee tot vier maande het die uitwerking van die atoombomaanvalle tussen 90 000 en 146 000 mense in Hirosjima en 60 000 en 80 000 mense in Nagasaki gedood; ongeveer die helfte het op die eerste dag plaasgevind. Vir maande daarna het baie mense aanhou sterf aan die gevolge van brandwonde, bestralingsiekte en beserings, vererger deur siekte en wanvoeding. Alhoewel Hiroshima 'n aansienlike militêre garnisoen gehad het, was die meeste van die dooies burgerlikes.

Geleerdes het omvattend die uitwerking van die bomaanvalle op die sosiale en politieke karakter van die daaropvolgende wêreldgeskiedenis en populêre kultuur bestudeer, en daar is steeds baie debat oor die etiese en wetlike regverdiging vir die bomaanvalle. Ondersteuners beweer dat die atoombomaanvalle nodig was om 'n einde aan die oorlog te bring met minimale ongevalle; kritici glo dat die bomaanvalle 'n oorlogsmisdaad was en onnodig vir die einde van die oorlog, en beklemtoon die morele en etiese implikasies van die opsetlike kernaanval op burgerlikes.