世界上第一次把核武器运用到战争中是在1945年8月6日，美国使用
原子弹轰炸广岛。
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。（ 根据计划，美军将根据天气情况确定轰炸地点：京都、新泻、广岛、小仓，长崎是后来才加上去的。）
1945年8月6日早晨8时整，3架B-29美机又从高空进入广岛上空。这时很多广岛市民并未进入防空洞，而是在仰望美机。在此以前，B-29已连续数天飞临日本
领空进行训练，但这一次的3架飞机中，有一架已经装上了一颗5吨重的原子弹。此时正奉命来轰炸广岛。
9点14分17秒，那架装载着原子弹的美机上的视准仪对准了广岛一座桥的正中时，自动投弹装置被启动了。60秒种后，原子弹从打开的舱门落入空中。这时飞机作了一个155°的转弯，俯冲下来；一瞬间，飞行高度下降了300多米。这样做是为了尽量远离爆炸地点。45秒种后，原子弹在离地600米空中爆炸（具体地点为日本广岛相生桥以西100米的岛病院上空600米处），立即发出令人眼花目眩的强烈的白色闪光，广岛市中心上空随即发生震耳欲聋的大爆炸。顷刻之间，城市突然卷起巨大的蘑菇状烟云，接着便竖起几百根火柱，广岛市马上沦为焦热的火海。
原子弹爆炸后广岛尸横遍野，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，像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，广岛的事件并未使日本立即同意接受波茨坦最后通牒，即无条件投降。