9 августа со специальным заявлением выступил президент Гарри Трумэн. Он говорил:

Мир должен знать, что первая атомная бомба была сброшена на Хиросиму, военную базу. Это было сделано потому, что мы хотели в этой первой атаке по возможности избежать убийства мирных жителей. Но эта атака – только предупреждение о том, что может последовать. Если Япония не сдастся, бомбы упадут на ее военную индустрию и, к сожалению, потеряны будут тысячи человеческих жизней. Я призываю гражданское население Японии немедленно покинуть индустриальные центры и спасти себя от гибели.

Но даже после этого японские военные отказались от капитуляции. Посол Наотаке Сато вновь предпринял попытку убедить Советский Союз выступить в качестве посредника, но услышал от Молотова лишь то, что СССР объявляет войну Японии. В ночь с 8 на 9 августа советские войска перешли границу Маньчжурии и атаковали японские позиции.

Верховный Совет по делам войны собрался утром 9 августа. Страна оказалась в тупике. Мнения разделились примерно поровну. Милитаристы утверждали, что начало войны с СССР не отменяет доктрины «кецуго». Министр армии Корэтика Анами и адмирал Соэму Тоёда настаивали на концессиях: оккупации японского архипелага допустить нельзя, Япония должна самостоятельно разоружится и провести суд над военными преступниками. Теперь министр иностранных дел Сигэнори Того утверждал, что страна должна принять Потсдамскую декларацию при условии, что будут даны гарантии относительно судьбы императора. Премьер-министр Кантаро Судзуки и министр флота Мицумаса Ёнай с ним соглашались.

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:

При взрыве я был обожжен со спины тепловыми лучами от огненного шара <…>. В следующий миг ударная волна отбросила меня вместе с велосипедом приблизительно на четыре метра и ударила о землю. Ударная волна <…> сносила здания и деформировала стальные каркасы.

Земля содрогалась так сильно, что я лег на ее поверхность и держался так, чтобы не быть снова сбитым с ног. Когда я взглянул вверх, здания вокруг меня были полностью разрушены. Детей, игравших неподалеку, сдуло, как если б они были просто пылью. Я решил, что поблизости была сброшена большая бомба, и меня поразил страх смерти. Но я продолжал твердить себе, что не должен умирать.

Когда, казалось, все улеглось, я поднялся и обнаружил, что моя левая рука целиком обгорела и кожа свисает с нее как изодранные лохмотья. Я дотронулся до спины и обнаружил, что она также сожжена. Она была склизкой и покрыта чем-то черным.

Мой велосипед был изогнут и скручен до потери формы, корпус, руль и все прочее, будто спагетти. Все дома поблизости были разрушены, и на их месте и на горе вспыхнуло пламя. Дети вдалеке были все мертвы: некоторых сожгло до золы, другие, казалось, не имели ран.

Там была женщина, полностью потерявшая слух, лицо которой распухло до такой степени, что она не могла открыть глаза. Она была изранена с головы до ног и кричала от боли. Я до сих пор вспоминаю эту сцену, как будто видел ее только вчера. Я не мог ничего сделать для тех, кому было плохо, и кто отчаянно звал на помощь, и глубоко сожалею об этом, даже сейчас.

Многие были обожжены дочерна и умерли в поисках воды.

Я шел как лунатик и достиг близлежащего завода. Там я сел и попросил одну женщину срезать сожженную кожу, свисавшую с моих рук. Она отрезала кусок материи от остатков моей рубашки, налила на него машинное масло и протерла мне руки. Полагаю, заводские рабочие подумали, что целью атаки был их завод, – они убедили меня спасаться бегством до другого возможного удара.

Я не смог ни идти, ни даже встать, хотя пытался изо всех сил. Один человек отнес меня на спине к горе и положил в зарослях кустарника. Люди называли свои имена и адреса в надежде, что выжившие передадут весть их семьям. Они умирали один за другим в поисках воды.

Когда пришла ночь, выживших на земле обстрелял самолет американских воздушных сил. Они могли видеть людей в свете пересекавших город пожаров. Несколько шальных пуль ударили в камень, находившийся за мной, и упали на траву. Американские воздушные силы были неумолимы. Они всё еще жаждали атаковать людей, уже испытавших то, что я могу описать только как ад.

Ночью шел моросящий дождь. Я глотал воду, капавшую с листьев, и так провел ночь. Когда наступило утро, казалось, что все вокруг мертвы. <…> Наутро третьего дня я был найден и доставлен в соседний город. В это время все городские госпитали были переполнены жертвами, поэтому меня доставили в начальную школу, превращенную во временное пристанище для пострадавших».

Согласно отчету префектуры Нагасаки, «люди и животные погибли почти мгновенно» на расстоянии до одного километра от эпицентра. Почти все дома в радиусе двух километров были разрушены. Хотя в городе не возникло огненного смерча, фиксировались многочисленные локальные пожары. Общее количество жертв к концу 1945 года составило от 60 до 80 тысяч человек.

Верховный Совет по делам войны все еще колебался, когда появилась новость о бомбардировке Нагасаки. Император Хирохито наконец-то вмешался в политический процесс и сдвинул ситуацию с мертвой точки, настояв на капитуляции Японии. Официальное предложение о капитуляции было послано в Вашингтон 10 августа при посредничестве Швеции и Швейцарии. В принципе в этом предложении дублировались условия Потсдамской декларации, но с одной значительной оговоркой: «Декларация не содержит никаких требований, которые ставили бы под сомнение прерогативы Его Величества как суверенного правителя».

На деле это была уступка, на которую ранее рекомендовал пойти военный министр Генри Стимсон, однако высшее политическое руководство США продолжало настаивать на безоговорочной капитуляции. В отчетном письме было заявлено прямо: «С момента капитуляции права Императора и японского правительства на управление государством будут определены Главным командованием союзных сил, которое примет те меры, которые сочтет целесообразными для выполнения условий капитуляции».