ระเบิดลิตเติลบอยนั้นถูกลำเลียงขึ้นเครื่องบิน B29 และบินขึ้นไปยังระดับความสูง 9,600 เมตร เหนือเมืองฮิโรชิมะ จากนั้นจึงปล่อยลงมา เมื่อเวลาประมาณ 8.15 น. (JST) การจุดชนวนระเบิดเกิดขึ้นที่ระดับความสูง 580 เมตร และด้วยแรงระเบิด 13 - 16 กิโลตัน ทำให้ระเบิดลูกนี้มีอานุภาพต่ำกว่า "แฟตแมน" ซึ่งถูกนำไปทิ้งเหนือเมืองนางาซากิ (21 - 23 กิโลตัน) เอกสารของทางการระบุว่าอานุภาพของระเบิดปรมาณูลูกนี้เทียบเท่ากับการระเบิดของระเบิดทีเอ็นที (TNT) ปริมาณราว 15 กิโลตัน นั่นคือ 6.3 × 1013 จูล = 63 TJ (เทอราจูล) [1]

อย่างไรก็ตาม ความเสียหายและจำนวนของเหยื่อระเบิดลูกนี้มีสูงกว่ามาก เพราะเมืองฮิโรชิมะนั้นอยู่บนที่ราบ ขณะที่จุดศูนย์กลางของเมืองนางาซากิอยู่ในหุบเขาขนาดเล็ก

มีผู้คนประมาณ 70,000 คน เสียชีวิตอันเป็นผลจากการระเบิดโดยตรง และที่ได้รับบาดเจ็บอีกเป็นจำนวนใกล้เคียงกัน ขณะที่ผู้คนอีกจำนวนมากต้องเสียชีวิตในภายหลังจากการะเบิด อันเนื่องมาจากกัมมันตรังสี และมะเร็ง[2]

สำหรับมารดาที่กำลังตั้งครรภ์นั้นก็ต้องสูญเสียทารกในครรภ์ไป หรือมิฉะนั้นก็ให้กำเนิดทารกที่พิการ เสื้อผ้าไหม้หมดจนเหลือแต่เนื้อตัวเปล่าเปลือย

ความสำเร็จของการทิ้งระเบิดครั้งนี้ได้ถูกรายงานข่าวกระจายออกไปอย่างกว้างขวางในสหรัฐอเมริกาท่ามกลางความอยากรู้ นักวิจารณ์จำนวนมากคาดว่าน่าจะเป็นจุดสิ้นสุดของสงครามก่อนที่มันจะยืดเยื้อและมีการบุกเกาะญี่ปุ่นอย่างนองเลือด