La bomba Little Boy va ser llançada a les 08.15 hores a Hiroshima i va assolir al cap de 55 segons l'altura determinada per la seva explosió, aproximadament a 600 metres sobre la ciutat. A causa de l'acció dels vents laterals per gairebé 244 metres va fallar el blanc principal, el pont Aioi, i detonà just a sobre de la clínica quirúrgica de Shima. La detonació va generar una explosió equivalent a 13 quilotones de trinitrotoluè, tot i que una bomba amb U-235 es considerava molt ineficient, ja que només es pot fissionar un 1,38% del seu material. S'estima que de manera instantània, la temperatura es va elevar a més d'un milió de graus Celsius i va incendiar l'aire circumdant, creant una bola de foc d'aproximadament 256 metres de diàmetre. En menys d'un segon la bola es va expandir 274 metres.

Entre 70.000 i 80.000 persones, prop del 30% de la població d'Hiroshima va morir instantàniament, mentre que unes altres 70.000 van resultar ferides. Prop del 90% dels doctors i el 93% de les infermeres que es trobaven a Hiroshima van morir o van resultar ferits, ja que la majoria es trobava al centre de la ciutat, àrea que va rebre el dany més important.