Ngày 9 tháng Tám phi hành đoàn của thiếu tá Charles Sweeney thực hiện cuộc oanh tạc, máy bay của viên sĩ quan này mang theo quả bom plutonium “Fat Man”. Mục tiêu chính là Kokura, tuy nhiên điều kiện mây mù 70% che phủ dày đặc trên thành phố buộc người Mỹ chuyển sang phương án dự bị là thành phố Nagasaki. Khi máy bay Mỹ tiến đến gần, pháo binh cao xạ của Nhật Bản nhầm máy bay ném bom là phi cơ trinh sát nên đã không công bố lệnh báo động phòng không.
Ở mức độ nào đó, trời mưa đã cứu Nagasaki. Mặc dù "Fat Man" (21 kilotonne) mạnh hơn "Little Boy" (18 kilotonne) đã thả xuống Hiroshima, nhưng do tình trạng đích ngắm không chuẩn khiến bom thả xuống hơi chệch khỏi mục tiêu dự tính, cách khu công nghiệp có dân cư và các cơ sở kinh doanh khoảng 3,2 km, cùng yếu tố địa hình đồi núi của Nagasaki cản sóng nổ và lửa cháy nên phần nào hạn chế sức hủy diệt của quả bom lớn. Thế nhưng hình ảnh những gì xảy ra sau khi quả bom ném xuống vẫn vô cùng khủng khiếp. Tổng số người thiệt mạng ngay lập tức là khoảng 80 nghìn.
Phải đối mặt với những vụ đánh bom ghê rợn, bản thân những người Nhật vẫn nghĩ rằng nếu người Mỹ xâm nhập thì Nhật Bản vẫn có thể trụ lại trên những hòn đảo của đất nước này. Khi đó còn chưa mấy ai biết về bức xạ, và cuộc tấn công không chỉ đánh vào quân đội, mà còn giáng đòn vào thường dân. Nhưng việc Liên Xô tham chiến và cuộc tấn công như vũ bão của Hồng quân ở Mãn Châu Lý đã cho thấy rằng Nhật Bản không thể chống lại hai đối thủ như vậy.
Không một ai trong số những thành viên tham gia cả hai cuộc oanh tạc nguyên tử sau đó lấy làm hối hận vì hành động ném bom. Các phi công Mỹ cho rằng họ đã mang đóng góp quan trọng vào chiến thắng trước kẻ thù. Nhưng dù sao chăng nữa số phận dường như đã mượn tay binh sĩ tàu ngầm Nhật Bản để trừng phạt nghiêm khắc những kẻ đã chuẩn bị địa ngục cho Hiroshima.
Sau khi một phần của quả bom "Little Boy" được đưa tới đảo Tinian, ngày 30 tháng Bảy năm 1945 trên đường khứ hồi, tuần dương hạm hạng nặng "Indianapolis" đã trúng ngư lôi do tàu ngầm Nhật I-58 phóng ra. Tuần dương hạm Mỹ chìm trong vòng 12 phút, mang xuống đáy đại dương 300 thành viên thủy thủ đoàn. Số còn lại, hơn 800 người, bốn ngày đêm vật lộn vì sự sống trên mặt biển, không hề có nước uống và thức ăn. Do kiệt sức và chịu vô số cuộc tấn công của bầy cá mập, cuối cùng chỉ có 317 thủy thủ thoát chết.
Những dữ liệu mới nhất cho thấy rằng do hệ quả trực tiếp của hai vụ đánh bom nguyên tử ở hai thành phố của Nhật Bản và tác động kéo dài cho tới ngày nay, số nạn nhân bị bom hạt nhân Mỹ giết chết là khoảng nửa triệu người.
