1945年8月9日，第二顆原子彈在長崎爆炸。此前三天，廣島爆炸了人類歷史上第一顆實戰原子彈。相比東京、京都、橫濱等城市，無論人口、規模、軍事、經濟，廣島和長崎都遠不能與其比較。爲什麼美軍會選擇這兩座城市作爲目標?他們的依據又是什麼?
【難產的名單】
1945年4月，爲了確定轟炸的城市，美國“曼哈頓工程”的負責人與陸軍航空兵的專家組成目標選定委員會，要從日本城市中挑出4座，2座爲首要轟炸目標，2座作爲備選。
最初的候選名單由美國陸軍航空兵戰略航空參謀長諾斯塔德准將(Lauris Norstad)開列， 17個日本城市依次爲：東京、川崎、橫濱、名古屋、京都、大阪、神戶、廣島、吳、下關、山口、八幡、小倉、熊本、福岡、長崎、佐世保。
從軍隊的角度來說，目標重要性越高，震懾效果越好。但這是人類第一次原子彈實戰，遴選的標準要綜合文物保護、科研、戰後管理等因素，尤其是對原子彈現實破壞性的測量。
因此，城市當時被破壞的程度至關重要，程度越小，越可以準確評估原子彈的威力。其次，投放城市不能太大，也不能太小，最好將破壞控制在一定範圍，更方便美軍專家事後評判其威力。這樣，東京、大阪、名古屋這幾座面積大、同時已破壞嚴重的城市就剔除了。佐世保、吳等小城市也隨後被刪除。
多方考慮後，5月10日至11日，委員會選定了第一批城市：
1.京都，AA級目標
2.廣島，AA級目標
3.橫濱，A級目標
4.小倉，A級目標
這些目標都有共同的特徵：
1.軍事、工業潛力高，要麼是軍備供應和生產中心，要麼是重要的指揮部或軍隊集結地。
2.城市直徑在4.8公里以上。
3.地形平坦，爆炸衝擊波的效果可以得到充分發揮。
戰局時刻變化，討論也更加細緻，委員會在5月28日選定了新的目標城市，並與軍隊協調——投放原子彈之前，禁止對這些城市常規轟炸。這四座城市(按轟炸的優先級排列)是：
1.京都，日本的故都，100萬人口的巨大工業城市，其他日本城市已嚴重破壞，大量人口和機器設備都遷往京都，它成爲戰爭後期最重要的軍事生產中心。
2.廣島，日軍指揮中樞之一，第二軍總區司令部所在地(日本本土只有兩個軍總區，第一軍總區司令部在東京)，同時是日本陸軍最大的集結地，從中日甲午戰爭時期開始，參加日俄戰爭、吞併朝鮮、出兵山東、出兵滿洲、侵略中國大陸和東南亞的日軍部隊絕大多數都在廣島市區的宇品港登船出發，因此這裏有規模巨大的軍需品、軍火倉庫、碼頭設施，此外城東還有鐵路中轉樞紐和軍火製造、船舶維修等重工業設施。
3.小倉，小倉兵工廠所在地，廠區長達1.3公里，寬0.8公里，附近還有鐵路車輛廠、機械工廠和發電廠。
4.新瀉，瀕臨日本海的重要工業城市，擁有一座鍊鋁廠、一座巨大的鋼鐵工廠、一個重要的煉油廠和一個油港碼頭。
但是“曼哈頓工程”負責人格羅夫斯把這份名單提交給馬歇爾時，遭到了陸軍部長亨利·史汀生的反對。史汀生在20世紀初擔任菲律賓總督，期間多次造訪京都，對這座優雅而美麗的千年古城感情很深，京都傳統而悠久的文化給他留下了深刻印象。史汀生稱，京都對日本人有巨大的感情價值和宗教意義，如果將其毀滅，將給戰後管理帶來很大的困難。
格羅夫斯顯然不接受這個理由。他反駁道，京都市區裏有264公頃已查明的和195公頃待查明的工業區，正在生產機牀、精密機械、飛機零件，以及無線電和火控儀器，是最有價值、最重大的軍事目標。但史汀生堅持己見，並向馬歇爾力陳不可轟炸京都的文化、政治理由。
馬歇爾實際認爲是否轟炸京都無關緊要，在他的計劃中，即使不用原子彈，幾個月後也得用燃燒彈和高爆彈轟炸。無奈的史汀生找到了杜魯門總統，勸說他將京都從名單中劃掉，並繼續禁止對其常規轟炸。杜魯門同意了。
但是，美國軍方和科學家仍然堅持京都爲首要目標，他們列舉了一條十分實際的理由：京都坐落在盆地中，街道都是方形網格狀，最適合評估原子彈轟炸效果。7月21日，陸軍部向在波茨坦開會的杜魯門總統發去電報，請求把京都重新加入轟炸名單，結果被拒絕。
7月24日，作爲京都的替代品，長崎被列入原子彈轟炸名單。但是這裏地形多山，並不能很好地測試原子彈的效果，所以，1945年7月25日，杜魯門最終下達對日進行原子彈轟炸的指令時，目標城市的優先級爲：廣島、小倉、新瀉、長崎。
【廣島上空的蘑菇雲】
8月6日，美軍對廣島進行了第一次原子彈轟炸。7時50分，美機編隊在四國島室戶岬上空飛入日本領空，23分鐘後從東北方向進入廣島市區上空。8時12分17秒，原子彈載機“恩諾拉·蓋伊”號機長蒂貝茨通知機組人員戴上護目鏡。8時13分47秒，投彈手法雷比少校開始用諾頓瞄準鏡搜索目視轟炸目標——太田川和元安川分流處T字形的相生橋。
8時15分17秒，“恩諾拉·蓋伊”號炸彈艙門打開，原子彈“小男孩”從9600米的高空中筆直地落了下去，僅僅比預期時間晚了17秒。8時16分整，“小男孩”內的氣壓引爆器發出脈衝信號，引爆雷管，將重約25公斤的鈾塊“子彈”迅速射入35公斤重的鈾塊“靶心”裏，兩塊鈾235合而爲一，“小男孩”爆炸了。爆心投影點在相生橋以東約100米的細工町19番地島病院上空。據1969年的綜合評價，爆炸高度爲580±15米。
1944年日本人口普查時，廣島市區人口爲343034人，此後進行了5次大規模疏散。按照日本政府的估計，8月6日當天廣島市內的市民人口約爲28萬到29萬人，一部分市民於前一日或該日清晨去鄉下購物、工作或看望親屬，另有約1萬名“國民義勇隊”從鄉下進城協助拆除房屋。
此外廣島市內約有3到5萬名朝鮮勞工和僑民，37名僞滿、汪僞和僞蒙疆政府選派的中國留學生，9名來自馬來亞、菲律賓、印尼、緬甸的留學生，以及約3200名美籍日本人和10多名德國、白俄僑民。在因島、向島兩處戰俘營內還有一批盟軍戰俘(其中約10人死於原子彈轟炸)。
廣島是日本第二大軍事指揮中樞，8月6日當天，市內的第二集團軍人數爲23158人，另有約2萬名新應徵的軍人經廣島中轉前往外地。
【不幸的長崎】
8月9日，美軍準備對第二目標小倉投彈，並將長崎作爲備選。但小倉的天氣十分不利，裝有原子彈的轟炸機“博克之車”在雲層上空穿梭了3次仍未找到缺口，最後向第二目標長崎飛去。
此時長崎上空的雲層也很厚，雲量達8/10，“博克之車”第一次通過時未能找到目視投彈目標。按照規定，機長斯韋尼在這種情況下應帶彈返回，但他和機組成員商量後決定採用雷達轟炸。
“博克之車”在箕島上空調頭，攜帶空頭測量儀器的“偉大藝術家”號緊隨其後，兩機從西南方向進入長崎上空，向預定爆心——三菱重工長崎船廠方向飛去。投彈手比漢(Kermit Beahan)正準備換用雷達瞄準器，突然發現兩塊雲團之間有個大縫隙，第二投彈點三菱重工長崎兵工廠清晰可見，於是立即通知斯韋尼進行目視轟炸。
10時58分，比漢瞄準了預定轟炸目標——三菱重工長崎船廠以北2.5公里的長崎市中心體育場跑道，扔下了原子彈“胖子”。根據美國陸軍測量部L902地圖，爆心投影點在浦上天主教堂附近，松山町交叉點中心東南約90米，東經129°51′56″4，北緯32°46′12″6的位置(即長崎和平公園原子彈爆心投影點紀念碑處)。
“胖子”爆炸的準確高度有幾種說法：1945年調查爲490±25米，1966年爲500±9米，1969年爲504±10米。1976年綜合分析的結論爲503±10米，爲最可靠的資料。
爆炸的時間也有幾種推斷：長崎氣象站的自動記錄顯示上午10點54分時氣壓有劇烈振動，事後查明這個記錄器的時間不準確，後修正爲11點05分。距離長崎38公里的雲仙嶽氣象站於上午11點02分、距離70公里的佐賀氣象站於上午11點07分也均記錄有氣壓震動，最後確認長崎的爆炸時間爲上午11點02分。
爆炸中心浦上地區是天主教徒集中地，2萬名天主教徒中1.5萬被炸死。長崎市民總計有19748人在爆炸一週內死亡， 1951年美日調查團統計的死亡人數在29570人到39214人之間。
不過，長崎的日軍死亡並不多，甚至少於各國僑民。駐長崎的軍人包括第122混成綠團和第134高射炮團，約有9000人，只有約150人死亡。市內1.2萬名朝鮮勞工和僑民中死亡約1500到2000人，600多名華僑中約200人遇難，此外長崎各工廠煤礦中的中國勞工也有約400人遇難，其中40多人是關在浦上監獄裏被炸死的。
