7点20分时，高度已达到30000英尺，这样可以免受日本防空炮火的袭扰。7点35分，飞机收到了前去广岛侦察的“斯特雷特.弗卢西“”号侦察飞机发来的一条重要信息：
广岛上空能见度良好，云层覆盖率低于30％，侦察中未遇敌方战斗机截击，高射炮火也很微弱，建议优先考虑广岛。
紧接着去小仓、长崎进行侦察的飞机也相继发回了气象报告：目标上空气象条件良好，可以投弹。
蒂贝茨略加思索，决定轰炸广岛。并向基地发回电报：决定轰炸第1目标。
这一天广岛异常炎热，早期的人们已经开始忙碌起来。7点20分，城市上空响起了一阵阵警报，数架美国飞机飞入广岛上空，盘旋一周便匆匆离去了。
大约半个小时以后，警报声又响了起来，“埃诺拉.盖伊”和进行观测的2架飞机已经接近广岛。
广岛市民对于这种习以为常的空袭警报似乎已无动于衷，因此很少有人进入防空洞隐蔽。他们有的在工作，有的在赶路，有的呆在家里，有的还在街上仰视远处的飞机，以为这3架飞机还会像刚才的一样，“巡视”一圈便会离去。
此时，机上的蒂贝茨已对着麦克风郑重地向全体机组人员宣布：“我们准备轰炸广岛，机上录音设备已经打开，这是为历史录音，请注意你们的语言。”
早已等候在炸弹仓的帕森思立即从原子弹上拧下了一颗绿色的螺丝，然后熟练地拧上了一颗几乎完全相同的金属螺丝，最后一个电路接通了，原子弹已进入投掷状态。他立即报告了蒂贝茨，蒂贝茨对着话筒一字一顿地说：
“我们即将投掷世界上第1枚原子弹。”
好几个人还是第一次听到“原子弹”这个令人生畏的字眼，激动得有些喘不过气来。
8点10分2架观测飞机已经减速落到了后面，一个清晰的城市轮廓出现在飞机下面。
“各就各位，准备投弹，戴上护目镜。”蒂贝茨命令道。
投弹手菲阿比少校坐在投弹椅上，用他漂亮的小胡子蹭了蹭瞄准镜，左眼紧贴在上面，开始寻找目标。
他已反复研究过目标侦察照片上的每一个细节，地面景物对他来说非常熟悉，他很快找到了目标点：相生桥。他让蒂贝茨稍稍调整了一下飞行方向，目标点向着瞄准器十字架飞快地接近着。
“对准了！”他报告道。
“投！”
8点15分，随着蒂贝茨一声令下，炸弹舱门自动打开。
菲阿比从瞄准器上清楚地看到原子弹坠了下去，弹头指向目标。
飞机由于重量突然减轻，猛地向上一跃。蒂贝茨驾驶飞机来了一个60度的俯冲和160度的转弯，然后操纵飞机加速航行。原子弹将于8点15分43秒爆炸。
杰普森开始倒计时，数到43时停了下来，他自言自语地说道：“难道是颗哑弹？”
就在这一瞬间，一道耀眼的白光照亮了整个飞机，机尾炮手卡伦看到一个巨大的圆形火球腾空而起，体积在急剧膨胀。
“小心！”他高声发出警告。话音未落，巨大的冲击波夹杂着爆炸声冲得飞机猛的一颤，蒂贝茨感觉仿佛被德军88毫米高炮打中一样。紧接着又是一次激烈的震动。
“好了，不会再有了，这次是反射波。”帕森思向大家解释道。
广岛渐渐远去，卡伦对着录音机开始表演他的口才：“圆球腾空而起，下面升起了巨大的烟柱，帕森思上校说过的那种蘑菇云出现了......广岛市区一片火海，四处通红......“
蒂贝茨开始向基地报告：击中目标，据我们观察效果良好。投弹后飞机正常，现返回基地。
“埃诺拉.盖伊”下午2时8分返回提尼安岛，飞行时间将近12小时，飞行距离5120公里。
事实上，“小男孩“并没有直接命中相生桥，而是在桥东100米的外科医院上空爆炸。位于爆心的外科医院的一切设施和人员全部化为灰烬。城市中心12平方公里的建筑物全部被毁，全市房屋毁坏率达70以上。关于死亡人数，日美双方公布数字相差甚大。据日本官方统计，死亡和失踪人数达71379人，受伤人数近10万。
在原子弹轰炸广岛16小时之后，杜鲁门总统向全世界发表声明，宣称美国已对日本使用了新式武器原子弹，其爆炸威力相当于2万吨tnt炸药。如果日本仍不接受美国的条件，一股从未见过的破坏性激流将会从天而降，地球上从未有过的毁灭性打击将要降临到日本这个国家头上。
第2天，日本各大城市都见到了美国飞机撒下的印有杜鲁门讲话的《告日本人民书》。