目标选定了，轰炸是否还具有军事意义？美国军政要员意见也不统一。杜鲁门认为，即便是军事上已经没有必要，也要把原子弹扔出去。因为他对苏联的戒惧日益加重。苏联利用对德作战，一步步控制了东欧，并且还表示要在进攻日本的战争中扮演主要角色，杜鲁门想借此给斯大林当头一棒。还有，美国为研制原子弹花费了大量的人力、物力、财力，如果不在战争中显示出威力，实施“有视界爆炸”，国会中那帮议员们的冷嘲热讽，批评弹劾所形成的强大压力，新总统已感到难以承受。
此时，英国首相丘吉尔一直在给杜鲁门打气：“一次或两次袭击可能结束战争，给日本留下下台的台阶，这样可以解除日本决死作战的武士道精神，摧垮日本的抵抗意志。”
经过一段时间的犹豫彷徨，杜鲁门终于下定了决心。
7月4日，美英签署了一项协定，对日本使用原子弹。
7月17日，杜鲁门得意洋洋地与丘吉尔、斯大林会晤于波茨坦。
7月24日，杜鲁门把美国已经拥有能使战争结束的威力巨大的炸弹一事透露给了斯大林，其用意一方面在于炫耀，另一方面暗示苏联已无参战必要。
但斯大林只是轻描淡写地说听到这个消息很高兴，希望美国好好利用它对付日本，而苏联仍将于8月份对日宣战，没有买杜鲁门的账。
7月30日，杜鲁门发布命令：鉴于日本政府拒绝接受无条件投降，美国空军可在8月3日以后，在天气许可的条件下，立即在日本的广岛、小仓、新泻和长崎4城市中选择一个目标，投掷特种炸弹。
此时此刻，日本政府仍在作争取苏联的外交努力，他们以让出中国东北特权为条件，要求苏联作出中立保证，并在盟国间调解，作出有利于日本的和平协议。日本人哪里知道，他们给的这点好处，斯大林早在2月份的雅尔塔会议上已从罗斯福那里得到了，比日本答应的还要多。他们做梦也没有想到，此时的苏联已在中苏边境陈兵百万，给日本的外交努力的答复将是对日宣战。
此时此刻，美国也已等得不耐烦，他们想赶在苏联出兵之前结束对日战争。
于是决定，8月6日凌晨2时45分，蒂贝茨上校驾驶着B-29“埃诺拉·盖伊”
号飞出提尼安机场的跑道，直奔广岛。机上载着代号为“小男孩”的原子弹。
美国在日本广岛投下原子弹，造成巨大伤亡广岛时间7时9分，响了一阵警报，美军数架飞机飞入广岛上空，盘旋几周后又离去。8时整，广岛上空又出现了3架飞机。虽然这时已经发出了空袭警报，但广岛居民好像没有听见似的。因为美军飞机不断对日本国土进行轰炸，已经有66个城镇遭到了99次大空袭，而广岛并没有受到多大破坏，人们对警报已经习以为常了。美军飞机离去，刚刚解除警报，又有美军飞机飞来，大家都疲塌了。因此，广岛市民很少有人进入防空壕隐蔽，甚至有人还在翘首仰望飞机，指指画画。
“投弹！”当飞机飞到广岛一座大桥上空时，投弹手接到了命令。原子弹离弹舱50秒钟后，在离地面600米的空中射出令人眼花目眩的白色闪光，随即是震耳欲聋的大爆炸。
不幸的广岛被翻滚的黑烟所吞噬。
5个小时以后，美国F13型飞机到广岛上空侦察轰炸效果。整个广岛当天就有78150人死亡，负伤和失踪的人数为51480名。全市共有76327幢建筑物，其中有4.8万幢全部被摧毁，22178幢受到严重破坏。这天下午，设在广岛的日军第2军司令部通过广岛东南的小城转报东京说，美国“使用了具有从未见过的破坏力的高性能炸弹”。
16小时后，日本收到了美国广播。美国总统杜鲁门发表声明，要求日本政府赶快接受波茨坦公告，以使日本人民免受其难，否则就将再次遭到“来自空中的毁灭”。
广岛的悲剧，并没有使日本政府立即同意接受“无条件投降”，他们仍把希望寄托在苏联的调停上。
出乎日本预料的是，苏联外长莫洛托夫告诉日本驻苏大使说，因为日本仍在进行战争，拒绝接受《波茨坦公告》，所以日本请求苏联调解远东战争的建议没有希望，苏联政府将遵守苏美英3国首脑在雅尔塔会议上所作的承诺，即苏联有条件地正式承担了在德国投降及欧洲战役结束2个月或3个月内，参加对日作战。
8月8日下午，苏联正式声明：8月9日对日宣战。
原子弹的袭击，苏联的参战，使日本帝国主义统治集团走投无路，被逼进死角。8月9日上午10时58分，美国又在长崎投下第2颗原子弹。这颗原子弹代号为“胖汉”，原准备投向小仓，因小仓上空云层较厚，无法找到瞄准点而改飞长崎。于是，本应在小仓发生的悲剧鬼使神差地落到了长崎的头上。
给人类造成巨大灾难和屠杀的原子弹的投掷和苏联出兵对日作战，加速了日本帝国主义的溃败，终于促使日本天皇和政府迅速作出了投降的决定。在“胖汉”轰炸长崎的同一天，铃木首相召集最高战争指导会议成员开会，讨论投降事宜。会上形成3对3的局面，僵持不下。午夜时分，天皇召集御前会议，仍是争论得不可开交。无可奈何的铃木只好把矛盾交给天皇，请天皇定夺。尽管日本宪法规定，天皇只有批准而没有提出政策的权力，但他决意要破这个例。
天皇痛苦地站起来说：“朕已认真考虑了国内外局势，并得出结论认为，继续战争意味着民族的毁灭，延长人类的流血和暴行。我不忍目睹无辜国民再受苦受难。恢复世界和平、解除国家之可怕苦难的唯一办法就是结束战争。”
8月14日上午，天皇在御前会议上指示铃木内阁接受盟国条件，立即起草无条件投降诏书。
8月15日中午12时，天皇发表广播讲话，宣布无条件投降。
8月26日，一支拥有383艘军舰、1300架舰载机的美国舰队向东京湾挺进。28日，先头部队在东京附近的机场降落。30日，大批美英军队开始在东京附近和其他地区登陆。同日，麦克阿瑟到达东京，控制了东京的广播电台，建立了自己的新闻局。
日本投降的签字仪式在日本东京湾举行，盟军太平洋司令麦克阿瑟在日本投降书上签字1945年9月2日，日本正式签署投降书的仪式在美国“密苏里”号战列舰上举行。
为什么这个仪式要在一艘军舰上进行？这里有两段小小的插曲：日本宣布无条件投降后，杜鲁门总统即任命麦克阿瑟为盟军最高统帅，负责安排和主持日本投降仪式，并对日本实行占领。
消息传到关岛，尼米兹感到愤愤不平。在他看来，海军在太平洋战争中做出了比陆军更多的贡献，而上述任命倒让麦克阿瑟抢了头功，使他成为举世瞩目的人物，给人的印象好像是日本主要是被他的陆军打败的。为了挽回海军和尼米兹的面子，海军部长福雷斯特尔建议，如投降仪式由麦克阿瑟主持，其举行的场所则应在一艘海军军舰上；如果麦克阿瑟代表盟国在投降书上签字，尼米兹则应代表美国签字。杜鲁门经再三考虑，同意了这个建议，使两个将军之间的矛盾得以化解。然而，旧的矛盾解决了，新的矛盾又产生了。海军确定了在海军上将哈尔西的旗舰“密苏里”号上举行投降仪式，麦克阿瑟又让参谋人员告诉尼米兹，他希望在“密苏里”号上悬挂他的将旗。
但根据传统，舰的主桅只升舰队的最高海军军官的将旗。最后，还是尼米兹的副官聪明，他想出了一个两全其美的办法，即把麦克阿瑟和尼米兹的蓝色将旗并排升在主桅上。结果，使两位将军皆大欢喜。
9月2日拂晓，天空阴云密布，整个东京湾笼罩在凄惨的阴云下。远方，云雾飘荡在富士山那带有积雪的山巅上。
美战列舰“密苏里”号由几百艘海军舰船簇拥着，赫然耸立在阴云覆盖的东京湾里。耐人寻味的是，在“密苏里”号战列舰的主桅杆上悬挂的那面美国国旗，是1941年12月7日珍珠港被偷袭时，华盛顿国会大厦顶上悬挂的那面星条旗。在战列舰上，美苏中英法五国的国旗在迎风抖动。一张铺着绿色绒毯的水兵饭桌放在2号炮塔与船栏中间，两边各放着一把椅子。一个庄严的具有历史意义的时刻来到了-日本帝国主义正式投降签字仪式将在这里举行。
出于对日本法西斯的蔑视，参加仪式的盟军官兵身着军便服。美军官兵则更随便，身穿卡其布衬衣，不系领带，也没有穿外衣。8时30分，同盟国最高司令官麦克阿瑟将军登上“密苏里”号战列舰甲板，哈尔西海军上将站在他身旁。
8时50分，盟国九国代表及其他将领们相继走上甲板。九国代表是：美国代表C.W.尼米兹海军上将、中国代表徐永昌将军、英国代表布鲁斯·福莱塞海军上将、苏联代表杰列维亚科中将、澳大利亚代表T.A.布拉梅、加拿大代表穆尔·科斯格雷夫、法国代表勒克莱、荷兰代表D.E.L.赫尔弗里克、新西兰代表伦纳德·艾西特。
8时55分，日本新任外相重光葵拖着那条在上海一次纪念日皇生辰的集会上被炸残后装上的假腿，从小舰上吃力地爬上了“密苏里”号甲板，参谋总长梅津美治郎也跟着爬上来。
当11名毫无表情的身着黑色晨礼服和黄褐色陆军服的日本人登上战列舰甲板时，严肃的盟国官员用沉默来迎接他们。
受降仪式在麦克阿瑟将军主持下于上午9时举行。他首先进行了短暂的演讲：“我们，各主要参战国的代表们今天聚集在此，来签署一项庄严的协定，以恢复和平……我们胜败双方的责任是实现更崇高的尊严，只有这种尊严才有利于我们行将为之奋斗的目标，使我们全体人民毫无保留地忠实履行我们即将在这里正式承担的责任……在这个庄严的时刻，我们将告别充满血腥屠杀的世界，迎接十分美好的新世界。在这个新世界里，我们将致力于维护人类的尊严，实现人类追求自由、宽容和正义的最美好愿望。这是我们的真诚希望，实际上也是全人类的希望。我以同盟国最高司令官的名义，在此声明-以正义和宽容来完成我的职责；同时，为了彻底、迅速、忠实地遵守投降条件，将采取一切必要的措施。”
接着，战败国日本代表首先在投降书上签字。投降书装订成两个文本，一份是英文，一份是日文。投降书中写道：“……我等兹宣布：日本帝国大本营和不论在任何地方的一切日本军队以及在日本国控制下的一切军队，向同盟国无条件投降……”
外相重光葵“奉日本天皇及日本政府之命令，以日本天皇及日本政府之名义”、梅津“奉日本大本营之命令，以日本大本营之名义”签署了投降书。当重光葵签字时，出现了一个足以反映战败者心态的“小花絮”：他一瘸一拐地走到签字桌旁，慌乱地摘下礼帽和手套，结果把手杖掉在了地上。他右手颤抖地拿起笔，迟疑着好像不知道在哪里签字。看到重光葵这副窘相，麦克阿瑟转身命令他的参谋长：“萨瑟兰，告诉他在什么地方签字。”在萨瑟兰的指点下，重光葵好歹算是过了签字关。
日方签字后，轮到盟军最高统帅麦克阿瑟将军签字。他在这个时刻“演奏”
了一个小小的历史插曲。签署时总共使用了5支钢笔：第1支他写“Doug”，然后把这支笔送给了曾在菲律宾巴丹半岛英勇抵抗之后被俘的美国将军温赖特；第2支笔写了“1as”，然后把这支笔送给了在新加坡被俘的英国将军白西华；他用第3支笔写完“MacArthur”，这支笔交给了美国政府档案馆。最后的两支笔签署他的官衔。他把第4支笔送给了美国西点军校。第5支笔是他从自己衣兜里掏出来的红色小笔，签字完毕后送给了他的夫人。
随后，美、中、英、苏、澳、加、法、荷、新等国代表依次签字。仪式前后只用了14分钟。
至此，日本帝国战败投降被载入了史册，反法西斯的第二次世界大战画上了沉重的句号。
当麦克阿瑟宣布“仪式完毕”的话音刚落，天空便传来机群的轰鸣声。几小时前从关岛和塞班起飞的400架B-29轰炸机分秒不差地在这个时刻飞临“密苏里”号上空。几乎在同时，从美航空母舰上起飞的1500架舰载机也威武地出现在东京湾上空，呼啸着掠过“密苏里”号战列舰，机群在东京湾上空转了一个大弯，然后飞向远方云雾缭绕的富士山雪峰。
第二次世界大战在给人类带来深重灾难后落下了帷幕，然而世界并未从此太平。昔日并肩作战的盟国，这时又为战后的利益分配问题发生龃龉，以至发展为后来的兵戎相见。这一矛盾首先在雅尔塔会议上得以显露。
