В 08:15 местного времени В-29, находясь на высоте свыше 9 км, произвёл сброс атомной бомбы на центр Хиросимы. Находившиеся ближе всего к эпицентру взрыва погибли мгновенно, их тела обратились в уголь. Пролетавшие мимо птицы сгорали в воздухе, а сухие горючие материалы (например, бумага) воспламенялись на расстоянии до 2 км от эпицентра. Световое излучение выжигало тёмный рисунок одежды в кожу и оставляло силуэты человеческих тел на стенах.

Находившиеся вне домов люди описывали ослепляющую вспышку света, с которой одновременно приходила волна удушающего жара. Взрывная волна для всех находившихся рядом с эпицентром следовала почти немедленно, часто сбивая с ног. Находившиеся в зданиях, как правило, избегали воздействия светового излучения от взрыва, но не взрывной волны — осколки стекла поражали большинство комнат, а все здания, кроме самых прочных, обрушивались.

Одного подростка взрывной волной выбросило из его дома через всю улицу, в то время как дом обрушился за его спиной. В течение нескольких минут 90% людей, находившихся на расстоянии 800 метров и меньше от эпицентра, умерли. Взрывной волной были выбиты стёкла на расстоянии до 19 км. Для находившихся в зданиях типичной первой реакцией была мысль о прямом попадании авиабомбы.

Многочисленные небольшие пожары, которые одновременно возникли в городе, вскоре объединились в один большой огненный смерч, создавший сильный ветер (скоростью 50—60 км/час), направленный к эпицентру. Огненный смерч захватил свыше 11 км² города, убив всех, кто не успел выбраться в течение первых нескольких минут после взрыва.

По воспоминаниям Акико Такакура, одной из немногих выживших, находившихся в момент взрыва на расстоянии 300м от эпицентра: "Три цвета характеризуют для меня день, когда атомная бомба была сброшена на Хиросиму: чёрный, красный и коричневый. Чёрный, потому что взрыв отрезал солнечный свет и погрузил мир в темноту. Красный был цветом крови, текущей из израненных и переломанных людей. Он также был цветом пожаров, сжёгших всё в городе. Коричневый был цветом сожжённой, отваливающейся от тела кожи, подвергшейся действию светового излучения от взрыва."

Количество погибших от непосредственного воздействия взрыва составило от 70 до 80 тысяч человек. К концу 1945 года в связи с действием радиоактивного заражения и других отложенных эффектов взрыва общее количество погибших составило от 90 до 166 тысяч человек. По истечении 5 лет общее количество погибших, с учётом умерших от рака и других долгосрочных воздействий взрыва, могло достичь или даже превысить 300 тысяч человек.

Генерал Макартур, командовавший в годы войны войсками союзников на Тихом океане в 1960 г. признал, что "не было никакой военной необходимости в применении атомной бомбы в 1945 году. "Пытаясь прикрыть подлинные цели атомной бомбардировки, Труман заявил 9 августа 1945 г., что атомный удар был нанесен "по военной базе Хиросима" с тем, чтобы "избежать жертв среди мирного населения".

Однако в действительности, принимая решение об использовании атомного оружия, американское руководство нацеливало его именно против мирных жителей японских городов.

Об этом неопровержимо свидетельствуют документы. Так, в оперативном приказе №13 командования США, отданном 2 августа, указывалось: "День атаки — 6 августа. Цель атаки - центр и промышленный район города Хиросима. Вторая резервная цель — арсенал и центр города Кокура. Третья резервная цель — центр города Нагасаки".

По мнению даже американских историков, Штаты сбрасывали бомбы на Хиросиму и Нагасаки, чтобы начать холодную войну, а не закончить Вторую Мировую, как принято считать. Более того, все это было сделано лишь с одной целью: произвести впечатление на Советский Союз, считают историки, обвиняющие Гарри Трумана, президента США, в этой трагедии. Питер Казник, директор ядерного института исследований в американском университете в Вашингтоне, округ Колумбия, США, заявил: "Он (Трумен) знал, что начинал процесс уничтожения человеческого рода. Это было не только военное преступление, это было преступление против всего человечества".