10時多，飛機飛到長崎上空，發現這裏的天氣也不好，雲量很濃，目視條件並不比小倉好多少。於是決定采用雷達轟炸。
10時58分，在即將準備用雷達指揮投彈的一瞬間，突然發現雲霧中出現了一個小縫隙，隨即改為轟炸目標。投彈手瞄準了山穀中的一條跑道投下了原子彈。但是，原子彈並沒有投到原定的目標點，而是投到了該目標以北2500米的地方，即浦上河流域，落在兩家大兵工廠之間，把兩家生產軍事物資的工廠炸個粉碎。
轟炸長崎的原子彈從8800米的高度投下。11時2分，長崎出現了異常熾亮的藍色閃光，先是沉悶的隆隆聲，接著刮起一陣狂風。
少頃，又一次顫動。衝擊波和震動延續了5分鍾的樣子。當時，一架日本水上飛機在7000米的高空穿進雲層，向長崎飛去。日軍飛機從雲層鑽出來時，駕駛員看到一根巨大的黑煙柱，上麵“像一個怪物的腦袋”，不斷地向上翻動，不時呈現出各種光怪陸離的色彩。熱度很高的煙雲也使飛機和機上人員惡心嘔吐，並且從拉開的艙蓋湧進一些黑色的塵土。
長崎的這一聲爆炸，使得7.8萬人當場死亡，受重傷的也達到7萬人以上。更讓人意料不到的是，在受難者當中還有不少外國人，甚至還有不少華人。
當長崎原子彈爆炸後不久，日本軍部舉行了一次特別會議，他們依然堅持原來的主張：死戰到底，決不投降。但日本天皇裕仁則一反常態，他在得知傷亡的人數後，當即便給鈴木首相一封信，表示了自己的看法：遵從《波茨坦公告》的一切內容，無條件投降！
8月15日，裕仁天皇抵製住了反對派的種種幹擾，親自在全國廣播了投降詔書，表示無條件接受《波茨坦公告》。與此同時，接到投降命令的陸相阿南、前首相近衛文磨則在絕望中相繼剖腹自殺，至於頭號戰犯東條英機，在自殺前一刻被手下發現，搶奪了其手中的手槍才幸免一死，但後來在國際法庭上還是被宣判處以絞刑。
就這樣，日本人在美國人的兩顆原子彈麵前徹底地屈服了，他們接下來要思考的問題是如何在投降的恥辱中獲得新生。
那麼，如果美國人不扔原子彈的話，結局又會怎樣呢？可以肯定的是，日本的失敗早在原子彈爆炸之前便已成定局，隻是兩次大威力的爆炸提前了日本人在投降書上簽字的時間。
4.“原爆”後遺症
在漫長的幾分鍾地獄般的劫難中，十幾萬平方英裏的廣島被徹底毀滅了，34.3萬市民中就有13萬以上暴死。當時罹難人數達17.7萬人。廣島建築物總數為7.6萬幢，當場被摧毀7萬幢。另外還有23位美國戰俘（其中有幾位女俘）也成為殉葬品。23位戰俘中，22位當場死亡，剩下一位活的被日本幸存者從瓦礫中拖出來，亂石砸死。
城裏的溫島品康子太太竟奇跡般地活著，被埋在她家酒店的廢墟中，經過長時間的掙紮，她終於爬了出來。她驚呆了，恍若置身於地獄，街道、房屋都沒有了，地上全是焦黑的瓦礫，一堆一堆奇形怪狀的焦乎乎的東西——那是屍體，活著的人大部分裸著身體或仍掛著一縷正在冒煙的布條、麵目全非，頭發、眉毛都被燒掉了，渾身漆黑。更可怕的是一些人臉上、身體的整塊皮已脫落下來，像軟麵那樣掛在身上，一些人已沒有了鼻子、耳朵，他們全都一聲不響，毫無表情地四處遊蕩，像夢遊似的。幾個少婦赤裸的上身竟像斑馬一般——黑一道白一道，原來她們穿著藍白相間的海魂衫，藍道的地方被光輻射燒掉了皮膚、白色的地方卻奇妙地抗住了光輻射。康子太太也像被施了催眠術一般，加入了這鬼魂般的遊行隊伍，她想，這就是佛教所說的阿鼻地獄。