Le 6 août 1945 à 2 h 45 (heure locale), un bombardier B-29 décollait de la base de Tinian, avec à son bord une bombe atomique à l'uranium 235 d'une puissance de 15 kilotonnes, surnommée Little Boy. L'équipage était composé de douze hommes, dont quatre scientifiques. Deux autres B-29 l'escortaient, emportant les instruments scientifiques destinés à l'analyse de l'explosion.
La ville avait été peu bombardée pendant la guerre et les habitants avaient l'habitude de voir les bombardiers américains survoler leur ville pour se rendre vers le nord du pays. La bombe a été armée en vol et larguée à 8 h 15, à près de 9 000 mètres au-dessus de la ville. À 8 h 16 min 2 s heure locale, après 43 s de chute libre, la bombe a explosé à 587 mètres du sol, à la verticale de l’hôpital Shima, situé au cœur de l'agglomération, à moins de 300 mètres au sud-est du pont Aioi, initialement visé.