1945年8月6日凌晨2:45，一架经过改装、绰号“艾诺拉·盖(Enola Gay)”的B-29超级空中堡垒轰炸机从北马里亚纳群岛的天宁岛起飞，向广岛飞去。广岛位于日本本州岛，是一座拥有24.5万居民的城市。轰炸机的机长、30岁的保罗·蒂贝茨(Paul Tibbets)上校是第五〇九混编大队的指挥官。他以母亲的名字为自己的座机命名。除了机长蒂贝茨，飞机上还有7名机组人员和一颗代号“小男孩”的原子弹。“小男孩”是一颗铀-235弹，使用枪式构型，长度10英尺，直径28英寸，重量接近4.5吨。
由于担心轰炸机在起飞时坠毁引爆原子弹、炸毁半个天宁岛，武器专家威廉·S.帕森斯（William S.'Deak'Parsons，绰号“迪克”）上校一直等到飞机升空后才开始给“小男孩”安装引爆装置。
起飞后四个小时，帕森斯完成安装引爆装置的工作后，蒂贝茨用飞机的内部通话系统宣布：“一切就绪，我们马上就要投掷第一颗原子弹了。”
早上7:00前后，日军雷达探测到，艾诺拉·盖号与另外2架搭载摄像机和科研仪器的观察飞机一同向本州岛飞去。广岛及周边地区拉响防空警报，但由于空中只出现1架美军气象飞机，广岛的市民认为危险已经解除，便继续忙各自的事情。
负责投弹和观察的那3架B-29轰炸机接近广岛后，日本的广播电台再次发出防空警报，要求市民进入掩体避难。许多市民都没把警报当回事。早上8:09，广岛上空能见度极佳，艾诺拉·盖号的机组人员可以清楚地看到3.1万英尺下方的市区。飞机朝着预定目标飞去，预定目标是一座丁字形桥梁，位于广岛市中心，坐落在本川与元安川的交汇处。早上8:15，投弹手托马斯·费尔比(Thomas Ferebee)少校投下了“小男孩”。
由于突然失去原子弹的重量，艾诺拉·盖号的机头剧烈抬升，而蒂贝茨则操纵飞机“拐了一个大弯”，准备逃离核爆现场。“小男孩”会在离开机舱后的第四十三秒坠落到距离地面1 900英尺的预定引爆高度。投弹前，蒂贝茨请求操控机尾机枪塔的技术士官鲍勃·卡伦(Bob Caron)把原子弹爆炸时的景象描述给其他机组成员。“那一幕实在令人叹为观止。”卡伦回忆道。一朵巨大的蘑菇云从广岛市区腾空而起，外层是白色，内侧是紫黑色，中间是火红色的。飞机远离爆点后，卡伦不但能看到蘑菇云，还能俯瞰广岛全貌，发现整个市区笼罩在一片“低矮的、冒泡的”、像糖浆一样的乌云下面，而这团“乌云不断扩散、升高，笼罩着郊区的丘陵”。一道道火焰从“这团乌云的不同地方”蹿了出来。卡伦回忆道，就在此时，“蒂贝茨调转机头，让所有机组人员都能一睹核爆的场面”。
蒂贝茨回忆道，“爆炸产生了一朵可怕的蘑菇云……令人毛骨悚然，高度也让人难以置信”。一时间，所有机组成员都哑口无言，“然后，每个人都在说话”。副驾驶罗伯特·刘易斯(Robert Lewis)上尉一边捶打蒂贝茨的肩膀，一边大叫：“快看！快看！快看！”
费尔比想知道核辐射是否会让所有机组人员“失去生育能力”，刘易斯则说他能“尝到核裂变的味道”，感觉有点儿像“铅”。
负责记录飞行日志的刘易斯草草地写道：
就算活到一百岁，我也永远不会忘记这几分钟。尽管飞机上所有人都已经知道爆炸会十分猛烈，但我们还是目瞪口呆。说真的，我当时不知道该说什么，或许我可能会说：天哪，我们都干了些什么！
领航员“荷兰人”西奥多拉·范·柯克(Theodore van Kirk)上尉的心情估计与成千上万美国士兵听到这个消息后的想法一样：
感谢上帝，战争结束了，我再也不会被人当靶子了。我能回家了。
中村初代(Hatsuyo Nakamura)是个寡妇，丈夫去世前是个裁缝。8月6日那天早上，她正站在厨房的窗前，看着邻居拆除自家房屋以形成一条防空隔火通道。突然，她眼前出现了一道刺眼的白光。她首先想到的是孩子的安危，但刚迈出一步就被冲击波掀到空中，随着气浪飞进隔壁的房间，飞过凸起的床铺，紧随她身后的则是各种房屋碎片。木屑和砖瓦碎片落在她身旁。她刚从瓦砾堆中脱身，就听到5岁的小女儿美也子(Myeko)的哭喊：“妈妈，救救我！”
就在她拼命抢救齐胸埋在瓦砾下的小女儿时，瓦砾下方又传来呼救的声音：“救命！救命！”
“俊雄(Toshio)！八重子(Yaeko)！”她大喊10岁儿子和8岁大女儿的名字，但几乎听不到他们的回应。
她离开部分身体埋在瓦砾下但仍可以呼吸的美也子，拼命地挖掘掩埋其他两个孩子的瓦砾。俊雄的脑袋刚一露出来，她就一把抓住脑袋，把他拽出来。俊雄告诉她，他被抛出3米多远，落到了房间另一边的大妹妹身上。中村太太继续向下挖掘，一看到八重子，就拉了一下她的胳膊。
“好疼啊！