波兹坦公告后，日本政府置之不理，为了迫使日本迅速投降，1945年8月6日8时15分，美军向广岛市内投下一颗代号为“小男孩”的铀弹在距地面580米的空中爆炸，造成广岛市24.5万人中的20万人死伤，整个城市化为废墟。广岛遭受到核攻击后，日本政府仍然拒绝同意波茨坦公告，盟军认为 应进一步攻击摧毁日本抵抗决心

1945年8月9日，第2次空投任务落到了第509混成大队斯威尼机组身上。斯威尼曾率领他的机组驾驶"艺术大师"号观测飞机在广岛轰炸中担任轰炸效果观测任务。由于这次"艺术大师"号上仍保留着科学仪表，将再次当作观察机使用。斯威尼只好用另1架B-29轰炸机--"博克之车"作为原子弹载机。8月9日凌晨3点39分，"博克之车"装载着"胖子"从提尼安机场起飞向日本飞去。斯威尼一次次地祷告，希望自己和保罗.蒂贝茨一样幸运。

然而，事情进展得并不顺利。飞机刚起飞不久便发现有一只油箱出了故障，600加仑燃料可能无法使用。斯威尼粗略估计了一下航程，认为燃料基本够用，决定继续飞行。当"博克之车"飞到硫黄岛上空汇合点时，另外2架提前起飞的观测和照相飞机本应在那里等候与他汇合，可他只遇到了其中1架。斯威尼在那里等候了30分钟仍不见另外1架的踪影，于是毅然朝小仓飞去。9点5分，"博克之车"飞抵小仓上空。这天小仓上空气象条件很差，空中布满厚厚的云层，地面也是浓烟滚滚，能见度极低。"博克之车"在小仓上空盘旋了3周，始终未能找到瞄准点--5号军火库。这时小仓的地面防空部队发射了密集的高射炮火，斯威尼只得提高飞行高度。当斯威尼决定再一次进入小仓上空搜寻目标时，接到无线电报务员报告：从截获的日本截击航空兵使用的频率看，可能会有战斗机升空拦截。机上一阵慌乱。斯威尼来不及与基地联系便调转机头向西南方向飞去。他决定改为轰炸长崎。离开小仓后他命令向基地发报：小仓上空无法投弹，改炸长崎。10点28分，飞机抵达长崎上空。恰巧这天长崎也是多云天气，第1次进入长崎上空也未能找到目标。燃料表的指针在急骤地下降，斯威尼心情异常紧张，他决定第2次进入时无论如何也要把"胖子"投下去，于是向机上人员宣布：“改用雷达瞄准，准备投弹，返航。”

投弹手克米特.比汉像菲阿比一样也是一位老手。当他正准备换用雷达仪器瞄准时，突然发现身下两块云团之间有一大段空隙，透过空隙可以清楚地看到瞄准点--三菱重工长崎造船厂，他立即通知斯威尼，可进行目视轰炸。10点58分，“胖子”脱离“博克之车”飞向长崎。

投弹后“博克之车”油料已严重不足，在返航途中不得不在冲绳岛紧急着陆，补充油料。“博克之车”经过了20个小时飞行，很晚才返回提尼安岛。“胖子”的爆炸当量比“小男孩”大，但长崎地形三面环山，所以损失小于广岛。

上午11时02分，继袭击广岛之后，美军对日本实施第二次原子弹袭击。由5架B-29轰炸机组成的突击队将原子弹“胖子”投到长崎市中心。“胖子”是一颗钚弹，长约3.6米，直径1.5米，重约4.9吨，梯恩梯(TNT)当量为2.2万吨，爆高503米。轰炸造成长崎市23万人口中的10万余人当日伤亡和失踪，城市60%的建筑物被毁。

广岛和长崎因原子弹轰炸造成的伤害遗留至今，幸存者饱受癌症、白血病和皮肤灼伤等辐射后遗症的折磨。据日本有关部门统计，迄今，广岛、长崎因受原子弹爆炸伤害而死亡的人数已分别超过25万和14万。

一位84岁高龄的长崎原子弹爆炸幸存者对着地图上回忆他的活动:在他步行回家的20公里(12英里)路上 化为地狱 ，放射性粒子降下形成“黑雨”，几天后他感觉身体不适。