Az első három gép a célpontok feletti felhőzetet ellenőrizte, a második hármas egyike a robbanást vizsgáló tudósokat vitte, a másik a fotózást végezte, a harmadik tartalék volt. Az Enola Gay 9400 méter magasságban oldotta ki a bombát, majd délután három órakor szállt le ismét Tinianon. Parancsnoka, Paul Tibbets ott helyben megkapta a Szolgálati Érdemkeresztet, ő egyébként élete végéig nem bánta meg tettét.
Csak becslések vannak az áldozatok számáról
A robbanás körzetében 1,2 kilométer sugarú körben minden a földdel vált egyenlővé. Az áldozatok számáról csak becslések vannak: a hirosimai emlékművön 61 ezer 443 név szerepel, élelmiszerjegyét 78 150 ember nem váltotta be soha többé, az amerikai felderítés 139 ezerre tette számukat. A többség halálát nem a robbanás okozta, hanem az azt követő tűzvész, épületomlás és pánik. Sokan csak napokkal később, a hőhatás, a lökéshullámok vagy a radioaktív sugárzás következtében, elképzelhetetlen kínok közepette vesztették életüket.
A sugárfertőzés okozta károsodások miatt addig ismeretlen betegségek tűntek fel, a mai napig szedi áldozatait a leukémia, a „hirosimai rák”, és még ma is gyakran születnek gyermekek genetikai torzulásokkal. (A túlélőknek Japánban külön nevük van, ők a hibakusák.) Paradox módon azonban a hirosimai ipari létesítmények szinte érintetlenek maradtak, a hadiüzemek dolgozóinak zöme is túlélte a robbanást. Az atombombát augusztus 9-én Nagaszaki városára is ledobták (az elsődleges célpontnak kijelölt Kokurát az mentette meg, hogy aznap felhő és füst borította), ez alkalommal mintegy 60-80 ezer ember vesztette életét. Nukleáris fegyvert háborús körülmények között mindmáig csak e két alkalommal robbantottak fel. Hat nappal később, augusztus 15-én Hirohito japán császár rádióbeszédben jelentette be a feltétel nélküli megadást. A döntésben az atombomba rettentő hatásán kívül az is szerepet játszott, hogy augusztus 8-án a Szovjetunió is hadat üzent Japánnak, végleg kilátástalanná téve a további harcot. A feltétel nélküli kapitulációról szóló dokumentumot szeptember 2-án írták alá, ezzel a csendes-óceáni hadszíntéren is véget ért a második világháború.
Amerika szerint Japán elfoglalása több százezer amerikai áldozattal is járhatott volna