Пока в Токио кипели дебаты, майор Чарльз Суини управлял самолетом «Б-29» (бортовой номер – 77, имя собственное – «Бокскар», в честь первого командира экипажа Фредерика Бока). Самолет нес на борту плутониевую бомбу «Толстяк» для сброса на основную цель – арсенал города Кокура. Хотя майор получил информацию о благоприятных погодных условиях, город оказался затянут туманом и дымом, который поднимался с близлежащего городка, недавно подвергнутого воздушной атаке. За самолетом Суини погнались вражеские истребители, вдобавок по нему открыли огонь зенитки. Помимо всего прочего, стало заканчиваться горючее. Логичнее было бы повернуть назад, но майор принял решение сбросить «Толстяка» на Нагасаки. Там тоже было облачно, но бомбардир Кермит Бихан нашел в тучах небольшой просвет, через который разглядел городской стадион, вполне подходящий для прицеливания.
Бомба «Толстяк» упала на Нагасаки в 11:02 по местному времени. Она взорвалась на высоте 500 метров над городом с силой, эквивалентной взрыву около 22 000 тонн тротила. Эпицентр оказался посередине между двумя основными целями в Нагасаки: сталелитейными производствами Мицубиси на юге и торпедным заводом Мицубиси-Ураками на севере. Если бы «Толстяка» сбросили дальше к югу, между деловым и жилым районами, то урон был бы намного больше.
Нагасаки, как и Хиросима, никогда ранее не подвергался крупномасштабной бомбардировке. Тем не менее 1 августа 1945 там было сброшено несколько фугасных бомб. Часть из них угодила в верфи и доки юго-западного района города. Хотя разрушения от нападения были сравнительно невелики, они породили беспокойство у городских властей, и часть населения, в основном школьники, были эвакуированы в сельские районы – таким образом, к моменту атомной атаки население города несколько сократилось.
Утром 9 августа в Нагасаки прозвучала воздушная тревога, отмененная в 8:30. Люди вышли из убежищ. Когда в 10:53 два самолета попали в поле видимости, местное военное командование приняло их за разведывательные и не выдало приказ об объявлении новой тревоги. Всё же многие горожане, заметив «Б-29», побежали в укрытия. А потом полыхнуло.
Вспоминает Танигути Сумитэру, оказавшийся в полутора километрах от эпицентра: