Saldırı öncesinde atom bombasının parçaları, ve Uranyum-235 ayrı ayrı Tinian Adası’na getirilmiştir ve burada gizli bir şekilde  montaj işlemi yürütülerek atom bombası tek parça haline getirilmiştir. Bu arada Guam’da bulunan 20. Hava Birlikleri Karargâhı, Tinian adasına yerleştirilen bombayla ilgili hiç kimseyle konuşmamaları için 509. Müretteb Grubu’na çok sıkı tembihlerde bulunulmuştur.  2 Ağustos’ta harekât emri verilmiş,  4 Ağustos’ta Enola Gay adlı bombardıman uçağı Tinian adasına son kontrollerini yapmak için gidip dönmüş, 5 Ağustos’ta B-29 uçağı Hiroşima üzerinde son uçuşunu yapmıştır. Enola Gay adlı uçağın komutanı Albay Paul Tibetts, “Bu geceki harekâtımız tarihîdir” diyerek 6 Ağustos günü Hiroşima’ya saldırı emrini verdikten sonra Hiroşima’ya 14,5 kilo tonluk Little Boy adlı bir atom bombası bırakılmıştır. Bu katliamı 3 gün sonra Nagazaki’ye atılan 21 kilotonluk Fat Man isimli atom bombası izlemiştir. Japonya bu iki atom bomba saldırısı neticesinde 15 Ağustos 1945’te II. Dünya savaşından çekilmiştir.

Hiroşima’ya atılan atom bombası çok derin ve acı olaylara neden olmuştur. Bu olay, Japon tarihinin en acı olaylarından biri olarak tarihe geçmiştir. Bombardımanda 140.000 kişi hayatını kaybetmiştir. Bombardımanın etkileri, atom bombası atıldıktan sonra  da devam etmiştir. Zira, bombardımanda yayılan radyasyonun etkisiyle birçok çocuk hastalanarak hayatını yitirmiş, birçok insanın üreme hücreleri zarar  görmüş ve bu nedenle de birçok bebekte genetik bozukluklar görülmüştür. Radyasyon nedeniyle ölen insanların isimleri her yıl yenilenerek Hiroşima ve Nagaziki’deki anıtlara yazılmaktadır. 2008 verilerine göre, Hiroşima’da ölenlerin sayısı 400.000 olmuştur.

Atom bombası saldırısından kurtulan insanlara hibakusha (patlamadan etkilenmiş insanlar) adı verilmiştir. Bombardıman sonucu çok büyük acılar yaşayan Japonya, bir daha bu kadar büyük acılar çekmemek için tüm dünyada yükselen nükleer silahsızlanma hareketine dâhil olmuştur. Günümüzde ise Japonya, en iyi nükleer silahsızlanma politikasına sahip ülkedir.