欧洲战事于1945年5月8日结束后，太平洋战场的对日作战仍在继续，而且异常激烈。据美国参谋长联席会议估计，至少还要再打18个月。
6 月18日，美国总统杜鲁门在白宫与高级官员讨论了已拟定的进攻日本本土的两个作战计划：一是“奥林匹克行动”，即动用美国陆军11个师和海军陆战队3个师，向日本本土最南端的九州进攻；若日本还不投降，就实施第二计划“花环行动”，即再调12个陆军师和3个陆战队师，进攻本州。
计划虽然周密，却存在一个核心问题：美军在进攻中还要损失多少人？经过一番评估，美军得出的伤亡情况是：在九州，阵亡和失踪21000－27500人，伤85000 －105000人；进攻本州以及预计在东京平原的战斗将阵亡22500人，伤65000人。时任美国陆军参谋长的马歇尔则预测至少要伤亡25万人，甚至可能多达100万人。
美国空军将领一直认为，在日本本土登陆作战根本不必要，以现在美军空军力量，通过轰炸就可摧毁日本。此前的3月份，空军就向东京投下了41592吨的燃烧弹，导致10万日本人伤亡。
为了寻求非常规作战手段，以及在战略和心理上给日本以沉重打击，包括杜鲁门在内的美国高级官员几乎不约而同地将目光瞄向了“可怕的新家伙”－－－原子弹。
小仓是第二个攻击目标
美国最终决定使用原子弹对日本进行最后一击。美军迅速组成以陆军部长史汀生为首的临时委员会，专门负责制定轰炸计划和选择袭击目标等任务。由于原子弹的投掷对位置、气象条件和影响效果要求很高，所以被选择的轰炸目标和地点，要具备三个条件：一是具有重要军事价值，即有军事设施或是军火工业重地；二是便于投放，以平地为最佳；三是投掷后，容易取得轰炸后的威慑效果。经过专门委员会反复研究，最后广岛、小仓和长崎三个地点被定为美国投掷原子弹的首批目标。
美国空军最初将小仓这个拥有40万人口的工业城市定为首选目标。但有报道说，该市附近有一个专门关押美国战俘的集中营，这使空军官员们犹豫不决。最后，他们决定首攻目标改为广岛。因为广岛既没有美军战俘，又是军火工业发达的重要军事基地；更为重要的是，该地区已经连续20余天没有下雨，轰炸效果最佳。之所以将长崎列为轰炸目标，主要是因为长崎也是一个重要港口和军火基地，但由于该地处于低洼谷地，地理位置逊于前两座城市。于是，长崎被列为前两个目标不能投弹时的预备目标，即：前两个目标有一个不能实现时，就对长崎进行轰炸。
阴云、烟雾令小仓躲厄运
从8月1日起，美军选定的几个目标地区天气情况都不太好，阴云密布，还不时地下雨，这使轰炸机无法按照正常飞行条件起飞。这样的天气一连持续了四五天。
5日，美军气象部门预报，从6日起，广岛地区的阴云将过去，天气开始放晴。6日9时，美军88号气象侦察机发回广岛地区气象情报，能见度良好，可以进行目视轰炸。9时15分，美军第509混合飞行大队的B－29轰炸机向广岛投下了人类历史上第一枚原子弹。
8 月9日9时零5分，另外一架轰炸机抵达小仓，此时小仓上空云量大增，地面浓烟滚滚，飞行员根本无法发现目标，轰炸机用45分钟在小仓上空盘旋了三圈以寻找可投放原子弹的瞄准点，但遭到日军高射炮的猛烈攻击。美军飞机只好上升高度，以躲避炮火。正当第四次寻找瞄准点时，轰炸机上的无线电员报告截获日军航空兵使用频率上的通信，估计日军可能起飞战斗机。驾驶员来不及请示基地，只好执行第二套方案，掉头飞向长崎。9时19分，95号气象侦察机报告长崎天空无云，能见度清晰。11时零2分，第二颗原子弹－－－“胖子”被投下，长崎也遭到了与广岛同样的厄运。两颗原子弹当时造成3万多人死亡。
随后，美军在日本投下大量传单，称如果日本再拒不投降，将会遭到成千上万颗原子弹的轰炸，直至彻底毁灭！再加上苏联的参战，日本天皇裕仁终于宣布无条件投降。
原子弹非投不可吗
在美国向日本投掷原子弹之前，就曾有许多人持反对意见。特别是执行“曼哈顿计划”的科研人员。通过爆炸试验，他们深知原子弹武器的破坏威力，会给人类带来多么巨大的灾难，所以一直不赞成使用原子弹。战后，也有许多美国媒体对美国使用原子弹问题提出质疑：在战争即将结束时，面对已无多大战争能力的日本，美国是否有必要向日本投掷原子弹？日本拒不投降的顽固态度是美国投掷原子弹的重要原因之一。7月28日，《波茨坦公告》传到日本，日本首相铃木贯太郎表示：“本国政府……除了完全不予理睬并坚决把战争进行到胜利结束以外，别无他途。”随后，日本陆军大臣阿南又在《告全军将士》中叫嚣：“事已如此，夫复何言。唯有毅然保卫神州，将圣战进行到底而已。纵使啖草茹泥，匍匐山野，只要坚决战斗，相信死地自有活路……”日本军方的嚣张，使美军坚定了使用原子弹的决心。美国军方认为，投原子弹虽然不能以平民为目标，但应对尽可能多平民和最高决策当局造成极其深刻的心理影响。
战后，几位亲自参加投掷原子弹的飞行员在接受采访时也认为当时的行动是无法避免的。1995年，轰炸长崎的斯维尼在接受采访时称：“我执行的是自己的任务，我希望战争结束。”另一位飞行员弗雷德·奥利夫在接受美国《芝加哥太阳时报》采访时说：“尽管轰炸造成了许多人死亡，但我仍然认为这一行动不可避免。如果美国人在日本领土上登陆，无论是盟国还是日本，伤亡的人数会更多。”
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