1945年8月6日凌晨2:45，
架经过改装、绰号“艾诺拉·盖(EnolaGay)”
B-29超级空中堡垒轰炸机从北马里亚纳群岛天宁岛起飞，向广岛飞去。广岛位于日本本州岛，是座拥有24.5万居民城市。轰炸机机长、30岁保罗·蒂贝茨(PaulTibbets)上校是第五〇九混编大队指挥官。他以母亲名字为自己座机命名。除
机长蒂贝茨，飞机上还有7名机组人员和颗代号“小男孩”原子弹。“小男孩”是颗铀-235弹，使用枪式构型，长度10英尺，直径28英寸，重量接近4.5吨。
由于担心轰炸机在起飞时坠毁引爆原子弹、炸毁半个天宁岛，武器专家威廉·S.帕森斯（WilliamS.'Deak'Parsons，绰号“迪克”）上校直等到飞机升空后才开始给“小男孩”安装引爆装置。
起飞后四个小时，帕森斯完成安装引爆装置工作后，蒂贝茨用飞机内部通话系统宣布：“切就绪，
们马上就要投掷第颗原子弹。”
早上7:00前后，日军雷达探测到，艾诺拉·盖号与另外2架搭载摄像机和科研仪器观察飞机同向本州岛飞去。广岛及周边地区拉响防空警报，但由于空中只出现1架美军气象飞机，广岛市民认为危险已经解除，便继续忙各自事情。
负责投弹和观察那3架B-29轰炸机接近广岛后，日本广播电台再次发出防空警报，要求市民进入掩体避难。许多市民都没把警报当回事。早上8:09，广岛上空能见度极佳，艾诺拉·盖号机组人员可以清楚地看到3.1万英尺下方市区。飞机朝着预定目标飞去，预定目标是座丁字形桥梁，位于广岛市中心，坐落在本川与元安川交汇处。早上8:15，投弹手托马斯·费尔比(ThomasFerebee)少校投下“小男孩”。
由于突然失去原子弹重量，艾诺拉·盖号机头剧烈抬升，而蒂贝茨则操纵飞机“拐个大弯”，准备逃离核爆现场。“小男孩”会在离开机舱后第四十三秒坠落到距离地面1900英尺预定引爆高度。投弹前，蒂贝茨请求操控机尾机枪塔技术士官鲍勃·卡伦(BobCaron)把原子弹爆炸时景象描述给其他机组成员。“那幕实在令人叹为观止。”卡伦回忆道。朵巨大蘑菇云从广岛市区腾空而起，外层是白色，内侧是紫黑色，中间是火红色。飞机远离爆点后，卡伦不但能看到蘑菇云，还能俯瞰广岛全貌，发现整个市区笼罩在片“低矮、冒泡”、像糖浆样乌云下面，而这团“乌云不断扩散、升
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