在向廣島投放了第一顆原子彈後，日本政府和軍部雖然十分震驚，“敵人投擲了威力巨大的特種炸彈”，但依然沒有任何打算無條件投降的意思，依然準備“一億國民總玉碎”，在這種情況下，美軍決定投擲第二顆原子彈，敦促日本無條件投降。

事實上，在美軍B-29重型轟炸機對日本本土的轟炸中，就已經有多座城市被刻意減少轟炸規模，為的就是檢驗原子彈爆炸的威力，其中，有不少美軍高層人士建議將東京列入原子彈轟炸清單，但考慮到東京的歷史文化價值，以及這裡是日本政府和軍部所在地，一旦東京遭到原子彈轟炸，日本可能陷入混亂中，反而不可能迅速無條件投降。最終，確立了四個城市作為轟炸物件，分別是廣島、長崎、小倉和新瀉。

1945年8月9日，一架載有代號為“胖子”的原子彈的B-29“超級空中堡壘”從提尼安島起飛，原子彈的雷管裝配工作是在空中進行的，在地面提前裝配的話，整個提尼安島和島上的幾百架飛機就完蛋了。預定的轟炸目標是小倉，這裡有日本最重要的軍工產業區，同時，附近還有鐵路輛廠、機械工廠和發電廠。

但在搭載有原子彈的B-29抵達小倉上空的時候，這裡被厚厚的低空雲層覆蓋，雖然B-29上擁有雷達轟炸瞄準裝置，但美軍高層規定必須目視確認目標，在徘徊良久之後，雲層始終沒有散去，轟炸機的燃油已經不多，不可能重新載著原子彈返回，美軍決定轟炸預備目標長崎。

長崎是三菱重工的所在地，這裡不僅有兵工廠，還有三菱重工的造船廠。當時，長崎上空也有厚厚的雲層，但幸運的是，機組最終發現了一個雲洞，雲洞下方正是一條機場跑道。原子彈爆炸後，因為長崎的多山地形，導致長崎的破壞明顯不如廣島，其實最合適的地點依然是京都，京都屬於盆地地形。

爆炸中心浦上地區是天主教徒集中地，2萬名天主教徒中1.5萬被炸死。長崎市民總計有19748人在爆炸一週內死亡， 1951年美日調查團統計的死亡人數在29570人到39214人之間。不過，長崎的日軍死亡並不多，甚至少於各國僑民。駐長崎的軍人包括第122混成旅團和第134高射炮團，約有9000人，只有約150人死亡。市內1.2萬名北韓勞工和僑民中死亡約1500到2000人，600多名華僑中約200人遇難，此外長崎各工廠煤礦中的中國勞工也有約400人遇難，其中40多人是關在浦上監獄裡被炸死的。

1945年8月，第二次世界大戰已經進入了最後的尾聲。為了迫使日本儘快投降，美國除了加緊對日本本土實施戰略轟炸和海上封鎖以外，還使用B-29轟炸機將人類歷史上第一顆用於實戰的原子彈“小男孩”投放到了廣島，造成超過十萬人當場死傷。但是冥頑不靈的日本軍國主義者雖然對原子彈的巨大威力感到十分震驚，卻依然沒有表現出任何無條件投降的意思，還在叫囂著實施“一億國民總玉碎”的瘋狂計劃。於是美國決定繼續投擲第二顆原子彈，讓日本徹底喪失不切實際的幻想。

其實，為了有效檢驗原子彈爆炸的威力，美國早在戰略轟炸日本本土初期，就刻意降低了多座日本城市的轟炸強度，這些貌似走了狗屎運的日本城市實際上已經被列入了美國投放原子彈的候選名單。當時美國有很多人都建議將東京列入原子彈轟炸清單，但是美國決策層出於各方面的綜合考慮否決了這個提議，最終確定了廣島、長崎、小倉、新瀉四個城市作為轟炸物件。

在廣島遭到原子彈轟炸的3天以後，美軍B29轟炸機又攜帶了第二顆原子彈“胖子”再次出擊，轟炸物件是小倉。這裡不僅是日本最重要的軍工生產基地，還有鐵路輛廠、機械工廠和發電廠等重要目標，具有很大的戰略價值。然而或許是上天註定小倉命不該絕，當美軍轟炸機抵達城市上空的時候，發現這裡被厚厚雲層所覆蓋，雖然B-29裝備了雷達轟炸瞄準裝置，但是按照規定必須目視確認目標以後才能投放原子彈。無奈之下，又不可能載著已經裝好了引信的原子彈冒險返回基地，就臨時選擇了備用目標——長崎，倒黴的長崎就這樣稀裡糊塗地成了替死鬼。