為什麼首選目標是廣島呢？美國決策者是這樣分析的：首先，廣島地處日本本州島東南沿海，是日本第8大城市。由於前些時候的戰亂，該市已有12萬人疏散到農村，市內僅有24.5萬餘人。它是日軍第2軍總司令部所在地，同時又是日本陸軍的一個重要軍運港口和日本海軍護航艦隊的集結地，這是美國人首選的重要依據。此外，這個城市還有2.5萬軍隊，他們曾是侵略中國山東、河南兩省的主力部隊。而且，據查該地區已有20多天沒有降水，房屋幹燥；地形平坦開闊，且市中心建築物密集，是理想的核爆試驗、實地考察原子彈殺傷破壞作用的場所。再者，美軍已查明這裏沒有戰俘，不必擔心傷害戰爭法規中所保護的第三國人員。
代號為“小男孩”的原子彈至於其他幾個城市，以小倉兵工廠與京都較為注目。其中，小倉兵工廠是日本大型軍火廠之一，那裏有日本多種類型的武器和其他防禦材料的製造廠。從地形上看，對該地區投彈軍事意義極大，但政治影響不大。而京都作為日本故都，人口達100多萬，也是著名工業城市。由於戰時沒有遭到轟炸，許多居民和工廠都遷到這裏。這兒雖然是個不錯的攻擊目標，但國防部長史汀生卻認為：京都作為曆史名城，毀掉它必將引起不必要的仇恨，遺留下日後無法解決的糾紛與責任問題。至於長崎，則是第一枚原子彈投彈後才定下來的。
今天看來，美國人之所以要直接向日本投擲原子彈還與杜魯門的戰略決策息息相關：
一個是美國政府當時最關注的是戰後東歐事態的發展。戰爭必勝當時幾乎已成定局，是否使用原子彈已無關緊要。但美國是世界上唯一一家擁有原子彈這一事實本身，以及這種炸彈能夠顯示的無窮威力，足以對整個世界包括其盟國（前蘇聯和歐洲）產生巨大的威懾。一方麵對樹立戰後美國的世界大國地位有利；另一方麵，可以使戰時的盟國、戰後必然的對手——前蘇聯人能夠接受美國製定的戰後世界的計劃，尤其是在美方與盟友之間有爭議的問題上，能夠將美國的意誌強加給前蘇聯人，迫使他們接受美國提出的關於中歐和東歐的建議。
正是基於此點考慮，原子彈在杜魯門總統的政治、外交底牌中占有重要地位。在召開“波茨坦會議”時，杜魯門就是為了能夠將原子彈的王牌帶到會場，而將原定於7月1日的開幕日期拖了半個多月。直到7月17日，在美國第一次核試驗完成後的第二天才開幕。羅伯特·奧本海默曾說：“我們受到不可思議的壓力，一定要在三國首腦波茨坦會晤之前試驗原子彈的填藥。”很明顯，原子彈的首次試驗是存心趕在“三巨頭”會晤之前進行的，以便對蘇形成威懾。
而在投擲原子彈的具體時間安排上也是精心考慮的。
“曼哈頓工程”的參加者菲力普·莫裏遜說：“我可以作證：8月10日對我們一直是個神秘的期限。我們必須不顧一切代價、冒任何風險，在這個日期之前將炸彈製成。”
一本在日本印行的《關於原子彈轟炸後果的白皮書》中這樣指出：“對於不了解雅爾塔會議內情的科學家來說，8月10日的確是一個無法解釋的神秘的期限，但對於美國政治領袖來說，他們明白這是前蘇聯向盟國保證的參戰日期。”
雖然，西方國家曾多次破壞關於在歐洲開辟第二戰場的保證，但他們並不懷疑前蘇聯會信守諾言於8月10日對日宣戰。為此，美國一定得趕在8月10日之前采取行動！要製造一種假象：仿佛迫使日本投降的不是蘇軍的打擊，而是美國的原子彈。另一方麵，在此刻展示新武器的可怕威力，還可以使戰後的世界對美國俯首聽命。
一個是美軍擬定的攻取日本的作戰計劃是這樣的：1945年9月占領日本本土南部。1946年3月攻占東京。但鑒於日本頑抗的立場，盟軍將不得不以高昂的代價征服日本，估計會損失100萬美國人和50萬英國人。而倘若首先使用原子彈，則情況將會大為改觀。
另一個是美國已經把20多億美元花在了原子彈的研製上，政府官員們認為無論如何做一次試驗是十分必要的，既然要試驗，與其投在無人知曉的荒漠之上，不如扔在敵人的頭上，以雪珍珠港之恥。
從以上這幾個觀點出發，原子彈的使用首先能夠使美國達到長遠的政治目的，又能取得軍事上的直接優勢，同時也獲得了原子彈實戰使用的效果，一舉多得。
正因為形勢的需要，使得杜魯門終於把羅斯福一直猶豫不決的事情敲定了下來。不過此時的杜魯門似乎還良心發現，在他授意之下，從1945年7月27日~8月1日，美國每天都出動飛機在日本各大城市上空散發《波茨坦公告》和其他傳單。傳單上這樣警告說，如果日本還不接受《波茨坦公告》的全部內容，它們將會受到更猛烈的空中轟炸。而且，每次傳單散發後1小時，隨之而來的便是一次普通炸彈的猛烈轟炸。對於這一種先撫後殺的手法，頑固的日本政府一點也不擔心。