Little Boy
Vụ ném bom xuống Hiroshima

Bài chi tiết: Vụ ném bom nguyên tử xuống Hiroshima và Nagasaki § Hiroshima
Ngày 31 tháng 7 năm 1945, tổ hợp L-11 của quả bom Little Boy đã hoàn chỉnh và sẵn sàng cho nhiệm vụ. Thiếu tướng Thomas Farrell thông báo cho Groves rằng có thể tiến hành thả bom vào ngày 1 tháng 8. Tuy nhiên, một cơn bão tiến vào Nhật Bản cùng ngày hôm đó đã khiến kế hoạch bị hoãn lại. Đến ngày 5 tháng 8, dự báo thời tiết cho biết điều kiện sẽ thuận lợi vào ngày hôm sau. Đại tướng Curtis LeMay chính thức xác nhận nhiệm vụ thả quả bom Little Boy sẽ được thực hiện vào ngày 6 tháng 8 năm 1945.
Phi hành đoàn trên chiếc Enola Gay gồm 12 thành viên do Cơ trưởng Paul Tibbets và Cơ phó Robert A. Lewis chỉ huy. Lúc 02:27 (múi giờ UTC+10:00) ngày 6 tháng 8, Trung sĩ (SSgt) Wyatt Duzenbury khởi động động cơ máy bay. Đến 02:45, chiếc Enola Gay bắt đầu cất cánh; theo sau vài phút cũng lần lượt cất cánh là hai chiếc máy bay đo đạc mang tên The Great Artiste và Necessary Evil.
Đại tá William Parsons, được giao nhiệm vụ mồi nổ trên máy bay Enola Gay, lo ngại về khả năng phát nổ ngoài dự tính nếu máy bay gặp sự cố khi cất cánh, vì vậy ông quyết định không nạp 4 túi bột cordite vào bom cho đến khi máy bay đã cất cánh. Sau khi cất cánh, lúc 03:00, Parsons và trợ lý của ông, Thiếu úy Morris R. Jeppson, tiến vào khoang chứa bom dọc theo lối đi hẹp ở phía cánh trái của máy bay. Jeppson cầm đèn pin rọi để Parsons ngắt các dây điện mồi, tháo phích cắm khóa báng, nạp các túi bột, thay phích cắm khóa báng và nối lại dây điện mồi. Trước khi đạt đến độ cao cần thiết tiếp cận mục tiêu, Jeppson bật 3 chốt an toàn giữa các đầu nối điện của pin bên trong và cơ chế phát hỏa chuyển từ trạng thái màu xanh lá cây sang màu đỏ. Quả bom khi đó đã sẵn sàng hoạt động. Jeppson tiếp tục theo dõi mạch điện của quả bom.
Quả bom được thả vào khoảng 08:15 (UTC+09:00) vào ngày 6 tháng 8 năm 1945. Sau khi rơi 43 giây, hệ thống kíp nổ bắt đầu cơ chế phát hỏa. Vụ nổ xảy ra ở độ cao khoảng 1.968 foot (600 m) (có tài liệu cho rằng độ cao phát nổ là 1.885 foot (575 m)). Nó có sức công phá nhỏ hơn Fat Man, quả bom thả xuống Nagasaki, nhưng thiệt hại và số nạn nhân ở Hiroshima cao hơn nhiều, vì Hiroshima ở trên địa hình bằng phẳng, trong khi chấn tiêu của Nagasaki nằm trong một thung lũng nhỏ. Vào thời điểm quả bom phát nổ, có tổng cộng khoảng 348.000 người đang có mặt tại thành phố Hiroshima, bao gồm 285.000 thường dân, 48.000 binh sĩ quân đội Nhật Bản, cùng nhiều công nhân khổ sai và tù binh chiến tranh. Theo số liệu được công bố vào năm 1945, 66.000 người đã thiệt mạng do hậu quả trực tiếp của vụ nổ ở Hiroshima, và 69.000 người bị thương ở các mức độ khác nhau. Trong số những người thiệt mạng đó, khoảng 20.000 người là thành viên của Quân đội Đế quốc Nhật Bản.
Rất khó để đo lường chính xác sức nổ của quả bom Little Boy vì loại vũ khí này chưa bao giờ được thử nghiệm. Tổng thống Harry S. Truman chính thức công bố rằng sức công phá của vụ nổ là 20 kt (84 TJ). Điều này dựa trên đánh giá trực quan của Parsons rằng vụ nổ lớn hơn những gì ông đã chứng kiến trong vụ thử hạt nhân Trinity. Vì ước tính khi đó là 18 kt (75 TJ), người soạn thảo bài phát biểu cho Tổng thống Truman đã làm tròn thành con số 20 kilo tấn TNT. Những cuộc thảo luận sâu hơn sau đó đã bị gạt bỏ, vì sợ sẽ làm giảm nhẹ tác động của quả bom đối với người Nhật. Dữ liệu về vụ nổ đã được thu thập bởi 3 nhà khoa học Luis Alvarez, Harold Agnew và Lawrence H. Johnston trên máy bay thám thính, The Great Artiste, nhưng những dữ liệu này không được dùng để tính toán đương lượng nổ của Little Boy vào thời điểm đó.
Sau khi chiến sự kết thúc, một nhóm khảo sát thuộc Dự án Manhattan bao gồm William Penney, Robert Serber và George T. Reynolds đã được cử đến Hiroshima để đánh giá tác động của vụ nổ. Từ việc đánh giá các tác động lên những vật thể và công trình ở Hiroshima, Penney kết luận rằng sức công phá của Little Boy là 12 ± 1 kilo tấn TNT. Các tính toán sau đó dựa trên kết tụ than hóa thì đánh giá sức nổ từ 13 đến 14 kilo tấn TNT. Năm 1953, Frederick Reines tính toán sức nổ là 15 kt (63 TJ). Con số này trở thành đương lượng nổ chính thức của quả bom Little Boy.