投擲原子彈
廣島是美軍在8月6日第一次原子彈轟炸任務的主要目標，替代目標則是小倉和長崎。393d轟炸中隊的B-29 艾諾拉·蓋伊號 從天寧島 北田空軍基地 起飛，飛行時間約6個小時。艾諾拉·蓋伊號與 查爾斯·W·斯威尼 少校指揮的科學觀測機 大藝術家號 及喬治·馬誇特上尉的攝影觀測機（當時是無名飛機，後來稱為 必要之惡號 ）一同前往日本廣島。
特殊任務第13號，首要目標廣島，1945年8月6日
飛機 駕駛員 代號 任務
同花順號 克勞德·伊特裏
（Claude R. Eatherly）少校 酒窩85 天氣觀測（廣島）
嘉比III號 約翰·A·威爾遜
（John A. Wilson）少校 酒窩71 天氣觀測（小倉）
滿堂紅號 勒夫·R·泰勒少校 酒窩83 天氣觀測（長崎）
艾諾拉·蓋伊號 保羅·蒂貝茨上校 酒窩82 原子彈運送及投擲
大藝術家號 查爾斯·W·斯威尼少校 酒窩89 搭載觀測器材
必要之惡號 喬治·W·馬奎特上尉 酒窩91 搭載攝影器材
最高機密號 查爾斯·麥禮上尉 酒窩72 預備機
艾諾拉·蓋伊號離開天寧島後，與另外兩架飛機在硫磺島上空2,440米（8,010英尺）會合，前往日本。飛機抵達廣島上空時高度為9,855米（3,2333英尺），目標清晰可見。帕森斯指揮這次任務，他在飛行中固定好原子彈，盡量減少風險。他的助手托馬斯陸軍少校，在到達目標區域30分鐘前進入飛機彈艙，解除安全裝置。
大約在美軍投擲原子彈一個小時之前，日本的早期預警雷達偵測到一些美國飛機接近日本南部。許多城市發佈空襲警報，包括廣島。在接近早上8點的時候，廣島的雷達操作員決定解除空襲警報，認為未來接近廣島的飛機並不多，可能不會超過三架。為了節省燃料及飛機，日本已經決定不攔截小飛機編隊。廣島的防空砲臺仍在警備狀態，但是因為高射砲會造成地麵上的傷亡與嚴重的 間接傷害 ，所有戰爭中的交戰國高射砲砲手通常會避免射擊少量的飛機，特別是駐紮在人口眾多的市中心或附近。
上午8時9分，艾諾拉·蓋伊號的機組人員看到廣島市。上午8時10分，日本雷達捕捉到了B-29侵入廣島市上空的消息。幾分鐘後，廣島市軍管區司令部打算發出空襲警報，但是艾諾拉·蓋伊號已經飛到了廣島市上空，高度超過32,200英尺（9,000米）。
小男孩在廣島上空引爆，產生巨大的蕈狀雲
艾諾拉·蓋伊號在上午8時15分投下原子彈，目標是廣島中央太田川上的T字型大橋相生橋，當時飛機高度是31,600英尺（9,700米）。同時飛機立刻改回手動操縱，轉個155度角的彎。原子彈在進行43秒的平拋運動後爆炸，艾諾拉·蓋伊號在受到爆炸的衝擊波影響前已經移動了11.5英裏（18.5公裏）。
由於側風的緣故，原子彈偏離瞄準點相生橋約800英尺（240米），在 廣島醫院 上空600公尺處引爆。它的 爆炸當量 為16 ,000噸 TNT 炸藥（67兆焦耳）。（U-235製成的武器效率很低，裂變材料隻有1.7％）。總破壞半徑約1.6公裏，11平方公裏內發生火災。美國人估計約有4.7平方英哩（12平方公裏）的市區被摧毀。日本官員確定69％的建築物遭到摧毀，6-7％的建築物受損。
約30％的人口（70,000–80,000人）在原子彈爆炸及產生的暴風中喪生，另外有70,000人受傷。廣島超過90％的醫生和93％的護士死亡或受傷，市區受到的傷害最大。
日方反應
廣島遭到原子彈轟炸前的照片
廣島遭到原子彈轟炸後的照片
日本放送協會 在東京的控製操作員注意到廣島站已經停止廣播，他試圖用另一條電話線重新建立訊號，但是沒有成功 。大約20分鐘後，東京鐵路電報中心發現電報已停止工作的地區隻限於廣島北部。從城市16公裏（9.9英裏）內的一些小型鐵路站傳來非官方且混亂的報告，顯示廣島發生了一次可怕的爆炸。這些報告全部送至大日本帝國陸軍參謀總部。