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1945年2月，盟军发动硫磺岛战役，在付出6871人阵亡，21865人受伤的沉重代价后，美军占领硫磺岛。1945年4月，盟军发动冲绳战役，盟军伤亡7万余人。此时，美军已经制订了在日本九州登陆的“冠冕”行动和在关东登陆的“奥林匹克”行动计划。硫磺岛和冲绳战役的结果使得美军对日军的抵抗能力和己方可能的伤亡重新做出评估。预计盟军方面伤亡在100万人以上，这是盟军难以承受的。
为减少盟军伤亡，加速战争进程，迫使日本投降，并抑制苏联在远东的扩张，美国总统杜鲁门决定在日本东京在内的六个城市（东京、京都、新潟、小仓、广岛、长崎）投掷原子弹。京都是日本的文化古都，出于战后对日本统治的政治需要被排除；东京此前受到过多次轰炸，不容易评定原子弹效果；新潟是日本重要的铝制品生产基地，但距离过远；小仓是日本九州的重要工业基地，但投掷当天气象条件不佳；经过考虑，美军把核攻击目标选定为日本的广岛和长崎。广岛是日本的陆军之城，是日本防卫本土的第二总军司令部所在地，所有前往中国、朝鲜、东南亚、南洋诸岛的日本陆军均从广岛起航。长崎则是日本工业特别是造船业的重要基地。
原子弹爆炸后果：
原子弹爆炸的强烈光波，使成千上万人双目失明；6千多度的高温，把一切都化为灰烬；放射雨使一些人在以后20年中缓慢地走向死亡；冲击波形成的狂风，又把所有的建筑物摧毁殆尽。处在爆心极点影响下的人和物，象原子分离那样分崩离析。离中心远一点的地方，可以看到在一霎那间被烧毁的男人和女人及儿童的残骸。更远一些的地方，有些人虽侥幸还活着，但不是被严重烧伤，就是双目被烧成两个窟窿。在16公里以外的地方，人们仍然可以感到闷热的气流。
但是，广岛的悲剧并未使日本立即同意接受波茨坦最后通牒，即无条件投降。他们竭力掩盖广岛事实真相，对外宣称是有一枚陨石陨落在广岛市。并认为美军只有一颗原子弹，还把希望寄托在苏联的调停上。但1945年8月8日，日本从苏联领导人那里得到的回答是：日本仍在继续进行战争，拒绝接受《波茨坦公告》，因此，日本政府请求苏联调停的建议已失去一切根据。苏联政府遵守对联合国的义务，接受联合国的要求，宣布从8月9日起对日宣战。就在苏联出兵这天的上午11时30分，美国又在日本长崎投下第二颗原子弹。长崎全城27万人，当日便死去6万余人，从而酿成了广岛以来的又一次悲剧。
1945年8月15日，日本天皇发布投降诏书宣布投降。
1945年9月2日，在东京湾“密苏里”号战列舰的甲板上，日本外相重光葵和参谋总长梅津美治郎在投降文件上签字。签字的时间是9点过4分。接着，西南太平洋战区总司令道格拉斯·麦克阿瑟签字。他代表美国、中国、英国和苏联及与日本作战的其他国家接受了日本的投降。
1945年8月5日，蒂贝斯上校召集“509小组”全体人员开会，这是一次交底会。他第一次宣布，“509小组”之所以训练10个月，是为了在日本投掷一颗炸弹，但它不是一颗普通炸弹，而是相当于两万吨TNT能量的原子弹。82号B-29型轰炸机将由蒂贝斯上校担任正驾驶，原来的正驾驶罗伯特-刘易斯为副驾驶。机组人员中无一人了解原子弹的构造，技术专家柏森斯上校奉命随机飞行，一旦没有完成任务时被捕，柏森斯应立即自尽。原子弹被装上82号机。随82号机一同行动的还有五架B-29型轰炸机，其中两架负责侦察，三架随时报告天气情况。然后根据天气情况确定轰炸地点--广岛、长崎或小仓。8月6日凌晨2时40分，“509小组”准备起飞，82号机临时命名为“依诺阿盖依”号，这是蒂贝斯的母亲的名字。飞机滑出了跑道，升空。柏森斯上校爬入弹舱，打开原子弹的保险装置，装上引爆器。从装上引爆装置那一刻起，用丘吉尔事后的话来说，82号机上装了一个“愤怒的基督”，再过几个小时，他就要降临人世了。7时，天空一片晴朗。7时30分，为投弹做准备。因此可以确定把原子弹扔到哪儿了，广岛和长崎相距不远，前者在本州岛的西部，后者在九州岛西北。目标：广岛。7时35分，伴随“依诺阿盖依”号的两架“509小组”飞机迅速离开。8时正，“依诺阿盖依”号机组人员戴上了厚厚的墨镜，这是为了防止强光的伤眼睛。8时16分，原子弹被投出弹舱。这一天，全广岛的钟表都停止在8时16分。原子弹在离地面600米处爆炸。在闪光、声波和蘑菇状烟云之后，火海和浓烟笼罩了全城，在方圆14平方公里内有6万幢房屋被摧毁。