V pondělí 6. srpna 1945, ráno v 08:16 místního času, explodovala nad japonským přístavním městem Hirošima první bojově použitá atomová puma, která byla nazvána LITTLE BOY. Nad cíl ji z letiště North Field na ostrově Tinian donesl americký bombardér Boeing B-29-45-MO Superfortress sériového čísla 44-86292 pojmenovaný ENOLA GAY, označený číslem 82 na přídi. Patřil do stavu 393rd Bombardment Squadron. (Součást 509th Composite Group, ovšem kvůli utajení na kýlovce v té době nesl falešné označení jiné jednotky, 6th Bombardment Group, rovněž spadající pod 313th Bombardment Wing. Šlo o na řadě snímků zachycené písmeno R v kruhu; kruh byl společným znakem rozlišovacích symbolů jednotek spadajících pod 313th Bombardment Wing.) Pilotem byl COL. Paul W. Tibbets, velitel 509th Composite Group. Náletu samotného se zúčastnily celkem tři letouny, vedle prvního uvedeného ještě stroj číslo 91 (B-29-45-MO s/n 44-86291, pilot G. Marquardt; běžně sice bývá v literatuře označován jménem Necessary Evil, ovšem toto jméno dostal až později), který nesl filmové kamery, a B-29-40-MO (s/n 44-27353, No. 89, THE GREAT ARTISTE), pilotovaný MAJ. Charlesem W. Sweeneym. (Ten byl vybaven radiovou a nahrávací aparaturou, která zaznamenávala data o účincích exploze zachycovaná přístroji v kontejnerech, které byly v bezprostřední blízkosti cíle postupně svrženy na padáčcích.)
Vedle nich se operace zúčastnily další čtyři bombardéry ze sestavy 393rd Bombardment Squadron. Tři zajišťovaly meteorologický průzkum nad vybranými cíli (Kokura — B-29-35-MO s/n 44-27303, No. 71, JABBIT III, pilot J. Wilson; Nagasaki — B-29-35-MO s/n 44-27298, No. 83, FULL HOUSE, R. Taylor; a Hirošima — B-29-35-MO s/n 44-27301, No. 85, STRAIGHT FLUSH, C. Eartherly). Poslední (B-29-40-MO s/n 44-27354, No. 90, pilot C. McKnight)* přelétl předem na Iwo Jimu, kde byl připraven jako záložní stroj, pro případ, že by se na letounu No. 82 během letu objevila závažná technická závada.
Hirošimu Američané vybrali jako cíl, protože byla sídlem velitelství japonské 2. skupiny armád a velitelství několika dalších vojenských uskupení. Ve městě také byl vojensky významný průmysl. Přitom byla předchozími nálety prakticky nedotčena (tj. do chvíle, než se dostala na seznam cílů vytipovaných k atomovému úderu — od té doby byla tato města vyškrtnuta ze seznamu cílů pro klasické nálety s použitím konvenčních trhavých a zápalných pum). Navíc pro vyhodnocení účinku pumy byl výhodný plochý terén a značná rozloha zastavěné oblasti, umožňující jednoznačně určit rozsah škod v různých vzdálenostech od epicentra výbuchu. LITTLE BOY byl bezkontaktním zapalovačem iniciován ve výšce necelých 600 metrů nad terénem (mechanismus, jehož součástí byl i radarový výškoměr, byl nastaven na výšku 1850 ft, tedy asi 564 metrů). Zaměřovací bod, most Aioi, přitom puma minula o necelých 250 metrů (byl vybrán vzhledem k tomu, že při pohledu ze vzduchu byl zcela jednoznačně identifikovatelný). Při samotném výbuchu a bezprostředně poté zahynulo na osmdesát až devadesát tisíc lidí, včetně přibližně 20 000 vojáků (asi polovina místní vojenské posádky, včetně mnoha velitelů a členů štábů dislokovaných jednotek), ostatní byli civilisté — obyvatelé města a také několik tisíc totálně nasazených Korejců. Další tisíce lidí umíraly na následky zranění či ozáření — v druhém případě i mnoho let od náletu.
V krátké době po výbuchu (kolem dvaceti minut) ve městě vypukla ohnivá bouře. S výjimkou několika málo moderních budov z železobetonu byla většina obytných domů lehké konstrukce, postavená v Japonsku rozšířeným způsobem ze dřeva a papíru. Velký okruh okolo epicentra výbuchu tak byl totálně zničen, vše bylo doslova srovnáno se zemí (vedle několika mostů je nejbližší stavbou, která nebyla zcela zničena, dnešní tzv. „atomový dóm“). Prakticky zcela zničen rovněž byl od epicentra nepříliš vzdálený hirošimský hrad (který měl pouze kamennou podezdívku), kde se nacházelo značné množství vojenského personálu. Podle amerického poválečného vyhodnocení byla tlakovou vlnou a následnými požáry zničena plocha asi 12,17 km², tedy přes 68 % městské zástavby.
* Ohledně identity stroje, který McKnight přelétl na Iwo Jimu, panuje určitá nejistota — často se také uvádí, že mělo jít o Superfortress pojmenovaný TOP SECRET, což by měl být jemu přidělený B-29-35-MO s/n 44-27302, No. 72. Nicméně operační rozkaz jednotky je jednoznačný, letěl s B-29-40-MO (s/n 44-27354, No. 90). Tento letoun dne 1. července 1946 svrhl během operace CROSSROADS (poválečné atomové testy, během nichž byly provedeny dva atomové výbuchy, vzdušný označený kódem ABLE a podhladinový BAKER) atomovou pumu na atol Bikini. Test ABLE byl vůbec prvním poválečným atomovým výbuchem. Byla použita puma stejného typu (Mk.3A, Model 1561), jaká byla svržena i na japonské město Nagasaki.
