1945年7月30日上午，在波茨坦的美蘇英三國首腦接到電報傳真，日本拒絕了同盟國發出的最後通牒，而且只回復了四個字——「不予理睬」。
波茨坦會議之後，杜魯門乘美國軍艦回國，在途中，他就向軍方下達了命令，把那顆大炸彈投下去吧，我們已經沒有任何選擇的餘地了。
很快，美國陸軍部收到了正式作戰命令：第509混合編隊將在天氣條件允許的情況下，自1945年8月3日起對如下四個目標城市進行第一次特殊轟炸，四個城市是廣島、小倉、新瀉、長崎。
剛剛下達這份命令的時候，很多人都對這四個目標城市感到疑惑。眾所周知，日本的核心是東京，但是為什麼轟炸目標裡卻沒有它呢？
其實，美國人不是沒有考慮過轟炸東京，只是之前從勸降的結果來看，日本人對天皇十分忠心，他們寧願戰至一兵一卒，也絕不投降。
面對這樣的態度，美國人覺得如果轟炸東京，不僅做不到敦促他們投降，搞不好反而會使得日本人選擇同歸於盡。
東京被排除了，但是除了東京，還有其他大城市，為什麼偏偏選中了廣島呢？
廣島位於太田川三角洲，是一座港口城市。這裡是一個重要的軍事重鎮，擁有通訊中心，以及供部隊集結的空曠區域。而且這裡百分之八十五的人都是普通百姓，如果選擇這裡進行轟炸，顯然更具威懾力。
就在之前的幾個月裡，日本幾乎每一座城市都遭受過一輪轟炸，唯有廣島仍然完好無損。所以，廣島是轟炸目標的最佳選擇。
目標選定了，但是當天到底能不能轟炸成功還是未知數，一切還得看天氣。如果天氣不好，無法從空中鎖定目標，攻擊便無法進行。所以，執行轟炸廣島秘密作戰的509混合編隊隨時待命，這支航空部隊同這次任務一樣，都非常神秘。如果不是使用原子彈轟炸了日本，很多人根本不知道他們的存在。
1945年6月，509大隊從美國轉移至太平洋提尼安島上，這裡距離日本本土2千多公裡，只需要6個多小時的飛行時間，而且，這裡是當時全球最大的空軍基地，擁有4條跑道，停著超過500架B-29型轟炸機。
目前，島上已經駐有美軍第21航空隊，主要負責對日本本土進行轟炸，21航空隊每天都要飛往日本，執行轟炸任務，而509大隊的成員，每天只進行精確投彈訓練，其餘的時間，就是在為他們特意準備的俱樂部裡消磨時光。
509大隊的所有成員與其他部隊完全隔離，每個進入509大隊所在區域的人，都要有特別通行證才能進入，看上去是在執行什麼秘密任務，但是這個部隊每天又好像無所事事，而且得到的保障條件還特別好，509大隊如此怪異的作息讓當時駐島上的其他轟炸機部隊都感到非常疑惑，就連509大隊的成員自己也很疑惑。
他們的訓練內容與眾不同，唯一可以確定的是，他們將來要完成一項特殊使命，而完成這項特殊使命要掌握一個特殊技能，那就是在1萬米左右的高空把近4噸重的模擬炸彈精確投向目標之後，再用大角度轉彎動作脫離目標離開。實際上，這些正是模擬整個投放原子彈的過程訓練。
在提尼安島軍用機場，負責投擲炸彈的人員已經準備了一個半月。計劃向廣島投擲的「小男孩」原子彈，重量超過4噸。
這顆鈾彈以獨立部件離開洛斯阿拉莫斯國家實驗室，在位於太平洋中部的提尼安島進行組裝。原子彈由一架B-29轟炸機運載。該轟炸機以飛行員母親的名字命名為「埃諾拉·蓋伊」。
1945年8月6日，一切準備就緒。原子彈的投擲必須在肉眼可視範圍內進行，不能靠雷達，這樣才能更加精準。為了保證投彈的精準度，美軍還在清晨派出了3架偵察機，用來觀察3個備選目標——小倉、新瀉和廣島的天氣情況。
觀察結果顯示：小倉上方有烏雲。新瀉距離太遠，原子彈過重，運送不便。居中的廣島天氣晴朗，最適合投擲。就這樣，廣島成為了第一個投彈目標。
當天凌晨2點45分，經過大約12個小時的準備，4.5噸重的貨物裝載完畢。起飛前，所有機組人員都領到了氰化物膠囊，服用後6分鐘就能斃命。一旦飛機被擊落，機組成員就要服藥自殺。
指揮官一聲令下，任務正式開始。埃諾拉·蓋伊號立即起飛，向西直插日本。
就在埃諾拉·蓋伊號飛往廣島的途中，之前負責偵查氣象的B-29突然觸發了廣島的空襲警報。不過因為當時是凌晨，街上行人不多，大家紛紛躲入防空洞，過了大約30分鐘，外面依然平靜無事，警報剛一解除，人們就陸續回到了地面，準備開始一天的工作，然而，誰也沒有料到，幾小時後再次出現的轟炸機卻給廣島帶來了滅頂之災。
離開提尼安島3小時後，轟炸機靠近硫磺島，它將在這裡與記錄爆炸過程的兩架偵察機會合。 天空萬裡無雲，沒有任何敵機或是高射炮向他們開火。
在投彈前一分半鐘，投彈手查看了下方大約3公裡處的目標，仔細做著最後的調整。埃諾拉·蓋伊號的轟炸目標是T型的相生橋。
這座橋橫跨流經市中心的太田川河，從9700多米的高空依然清晰可見。幾分鐘後，這座橋、甚至這座城市都將從地圖上消失。
早上8點鐘，埃諾拉·蓋伊號逐漸接近廣島上空，而空襲警報也隨著它的接近再次響起。而這一次，人們沒有像第一次聽到警報那樣躲入防空洞，甚至都沒有人因此而停下腳步。來來往往的街道上沒有一個人躲避。
警報響起1小時15分後，也就是9點15分，美軍在9000多米的高空投下了原子彈「小男孩」。大約40秒後，「小男孩」在廣島上空600米爆炸。