根據計劃，美軍將根據天氣情況確定轟炸地點：京都、新瀉、廣島、小倉，長崎是後來才加上去的。
廣島，與其在半個多世紀中拼命向世界表現的“和平之城”形象不同，當時是一座陸軍之城。它是日本本土防衛軍第二總軍的司令部所在地，也是中國(日本地名，相當於中部地區)軍管區所在地。
在廣島市南面的宇品港，一代又一代的日本軍隊，在“愛好和平、反對戰爭”的市民夾道歡送下，登上運兵船，前往鴨綠江與清軍作戰，前往奉天與俄軍作戰，前去吞併朝鮮，前去佔領中國東北，前往盧溝橋，前往哈爾濱平房，前往南京、武漢、平頂山、桂河大橋......廣島附近還有著名的吳海軍基地，擁有日本第一流的海軍造船廠。
長崎是日本最重要的造船基地之一。小倉則是日本北九州地區的兵器工業城市。其他備選目標：新潟也是兵器工業城，還是化學工業城。京都在前期的大轟炸中被美軍故意遺忘，積累了大量從周邊遷移過來的兵工廠和居民。東京則是日本政治、經濟中心。
1945年8月6日早晨8時整，3架B-29美機又從高空進入廣島上空。這時很多廣島市民並未進入防空洞，而是在仰望美機。在此以前，B-29已連續數天飛臨日本領空進行訓練，但這一次的3架飛機中，有一架已經裝上了一顆5噸重的原子彈。此時正奉命來轟炸廣島。
9點14分17秒，一架裝載著原子彈的B-29(44-86292)上的視準儀對準了廣島一座橋的正中時，自動投彈裝置被啟動了。60秒鐘後，原子彈從打開的艙門落入空中。這時飛機作了一個155°的轉彎，俯衝下來;
一瞬間，飛行高度下降了300多米。這樣做是為了儘量遠離爆炸地點。45秒鐘後，原子彈在離地600米空中爆炸(具體地點為日本廣島相生橋以西100米的島病院上空600米處)，立即發出令人眼花目眩的強烈的白色閃光，廣島市中心上空隨即發生震耳欲聾的大爆炸。
頃刻之間，城市突然捲起巨大的蘑菇狀煙雲，接著便豎起幾百根火柱，廣島市馬上淪為焦熱的火海。
1945年6月21日，美軍攻陷沖繩。美軍雖然勝利，但為期82天的戰役造成了48000餘人的損失(如加上非戰鬥減員，總傷亡人數超過7萬人)。日本出動2550架次“神風”自殺飛機，擊沉美國軍艦26艘，傷164艘，受到重創的軍艦甚至包括美國王牌航空母艦企業號。6月底。東京。日本軍方制定了“在日本決戰”的方針。
經過塞班島、硫黃島、沖繩島戰役之後，日本軍閥們底氣倒足了。他們手上還掌握著幾百萬陸軍，有所謂“寧為玉碎”的決心，準備打幾年，打出個體面的結局。同樣是經過塞班、硫黃、沖繩之戰後，美國軍方心裡倒有點發毛。這幾次戰役全打勝了，但付出的代價之高，是他們始料不及的。照這個樣子進攻日本本土，很難說會付出多大代價。
在他們這時制定的計劃中，戰爭要拖延下去，1946年春季以後才進攻日本主要島嶼本州。當然，他們認為，也有縮短戰爭的可能，他們還有一張牌沒打出去，這就是“509小組”。這段時間以來，“509小組”與提尼安島基地的其他B-29型轟炸機一樣，參加對日本各城市的空襲。
所不同的只是，他們還是每次只攜帶一顆炸彈，每次投彈都要求保持一定高度;與以前的訓練課目一樣，要求彈著點準確，並在視力範圍內爆炸。經過實戰，他們的這項技術已大為提高，並且熟悉了複雜氣象條件下的飛行。這時，全組只有一個人知道為什麼要反覆演練這個動作，他就是帶隊的蒂貝斯上校。
美國第一顆作戰原子彈被分成四個部分，由三架飛機和一艘巡洋艦分別運到提尼安島，並在這裡被組裝起來。它將由一架序號為82號的B-29型轟炸機投擲。據美國方面事後報道，在投擲原子彈之前的很短時間內，或是心理上的原因，或是什麼其他原因，訓練有素的“509小組”接二連三出事故，接連有4架B-29型轟炸機在起降過程中損壞或完全報廢。
1945年8月5日，蒂貝斯上校召集“509小組”全體人員開會，這是一次交底會。他第一次宣佈，“509小組”之所以訓練10個月，是為了在日本投擲一顆炸彈，但它不是一顆普通炸彈，而是相當於兩萬噸TNT能量的原子彈。44-86292號B-29型轟炸機將由蒂貝斯上校擔任正駕駛，原來的正駕駛羅伯特-劉易斯為副駕駛。
機組人員中無一人瞭解原子彈的構造，技術專家柏森斯上校奉命隨機飛行，一旦沒有完成任務且被捕，柏森斯應立即自盡。原子彈被裝上82號機。隨82號機一同行動的還有五架B-29型轟炸機，其中兩架負責偵察，三架隨時報告天氣情況。然後根據天氣情況確定轟炸地點--廣島、長崎或小倉。
8月6日凌晨2時40分，“509小組”準備起飛，82號機臨時命名為“依諾阿蓋依”號，這是蒂貝斯的母親的名字。飛機滑出了跑道，升空。柏森斯上校爬入彈艙，打開原子彈的保險裝置，裝上引爆器。從裝上引爆裝置那一刻起，用丘吉爾事後的話來說，82號機上裝了一個“憤怒的基督”，再過幾個小時，他就要降臨人世了。
7時，天空一片晴朗。7時30分，為投彈做準備。因此可以確定把原子彈扔到哪兒了，廣島和長崎相距不遠，前者在本州島的西部，後者在九州島西北。目標：廣島。7時35分，伴隨“依諾阿蓋依”號的兩架“509小組”飛機迅速離開。
8時正，“依諾阿蓋依”號機組人員戴上了厚厚的墨鏡，這是為了防止強光灼傷眼睛。8時16分，原子彈被投出彈艙。這一天，全廣島的鐘表都停止在8時16分。原子彈在離地面600米處爆炸。在閃光、聲波和蘑菇狀煙雲之後，火海和濃煙籠罩了全城，在方圓14平方公里內有6萬幢房屋被摧毀。
