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，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。据日方统计死亡近7万人，伤6万余人。
原子弹爆炸之后，是死一般的寂静。接下来，地狱般的景象惨不忍睹：气温高达2980℃，爆炸附近的受害者瞬间蒸发，昏迷中的幸存者像梦游一样行走，他们被撕破的皮像破布一样在肉上垂着。木屋、公园、树在猛烈的爆炸中熊熊燃烧。河里漂浮着烧焦了的尸体。一刹那间，广岛这座城市不复存在了。
“小男孩”搭载了50千克的铀235。核裂变爆发的能量为50万亿焦耳，相当于1万5千吨TNT当量。能量通过冲击波、热线、放射线等方式爆发出来，分别占50%、35%、15%的比例。
这次爆炸的威力，相当将8倍于东京空袭中炸弹（2000吨）的总能量，在相当于东京市十分之一大小的地方爆发出来。
爆炸的瞬间，中心气压达到了数十万个大气压，引发了极为强烈的冲击波和气浪。
爆炸中心的风速大约是440米/秒，相当于12级台风的风速的10倍。超音速的风和冲击波一起向外扩散，将一般的建筑破坏殆尽。
爆心的风压达到了350万帕斯卡，相当于在1平方米的地方加压35吨的重物。就算在半径1000米以内，风压也达到了100万帕斯卡。此范围以内除钢筋混凝土结构的建筑以外，全部遭到毁灭。2000米以内的风压是30万帕斯卡，此范围以内的木质房屋全部被毁灭。
而原子弹爆炸后热线的总能量大约是22万亿焦耳，即5.3万亿卡路里。热线，其实就是红外线，在爆炸后的3秒内大量放出。热线的能量与距离的平方成反比。爆心地每平方厘米大约是100卡路里，500米范围内为56卡路里，1000米内是23卡路里。
也就是说，地面受到的能量相当于受普通太阳照射的1,000倍。
爆炸中心的温度，达到了3,000~4,000℃之高。爆心附近的房屋瓦片等纷纷“起泡”，木质房屋达到着火点自动自燃。
最可怕的是，爆炸发射出了大量的α射线，β射线，γ射线和中子。
据推算，地表每1平方厘米有高速中子1万2千亿个、慢中子（热中子）9万亿个。
原子弹爆炸产生了巨大的蕈状云，蕈状云里含有大量核辐射尘。这些核辐射尘和云中的水汽混合在一起，形成了黑色的雨落在广岛一带。这种雨具有高放射性，因此污染了河流，而当时因口渴不慎饮入这些雨水的难民，多数即在数日内死亡。
在广岛原子弹爆炸后，有一位记者在一篇最早的电讯稿中写道：“原子弹也许可以归类为一种能不分青红皂白使用的武器，但它在长崎的使用是经过挑选和恰当的，尽量做到了使这种巨大的力量能够仁慈一点。”作者作为核毁灭后第一个视察废墟的采访者得出了下列的结论，但仍对这场核战争的废墟缺乏全面的观察。在1945年9月8日从长崎发回的一篇报道中，韦勒写道：“从三菱军工厂那被炸成骨架的钢铁残骸中，你可以看到原子弹能对钢铁和石头所产生的威力，但这种万物皆毁的原子弹究竟对人类和长崎镇两家医院隐藏的尸骨能做什么？看一下离爆炸中心3英里的美国领事馆的正前方和另一个方向一英里的天主教教堂正面，它们就像是姜饼一样瘫塌下来，你分明可能意识到————这枚被解放了的原子弹无坚不摧！”
原子弹爆炸的强烈光波，使成千上万人双目失明；10亿度的高温，把一切都化为灰烬；放射雨使一些人在以后20年中缓慢地走向死亡；冲击波形成的狂风，又把所有的建筑物摧毁殆尽。处在爆心极点影响下的人和物，象原子分离那样分崩离析。离中心远一点的地方，可以看到在一霎那间被烧毁的男人和女人及儿童的残骸。更远一些的地方，有些人虽侥幸还活着，但不是被严重烧伤，就是双目被烧成两个窟窿。在16公里以外的地方，人们仍然可以感到闷热的气流。广岛人口为34万多人，靠近爆炸中心的人大部分死亡，当日死者计8.8万余人，负伤和失踪的为5.1万余人；全市7.6万幢建筑物全被毁坏的有4.8万幢，严重毁坏的有2.2万幢。
那位认为死亡人数不超过24000人，这个数字（后来显示为75000多人，另有75000人受伤，还有无数的人因遭辐射疾病而后来相继死亡。）很大程度上是空防避难所设计太差和地方当局拒绝认真对待空袭警报的结果。他后来在他的报道中说，“长崎这里没有人能够说明这枚炸弹与其它的炸弹有什么不同之外，除了闪光的范围更大，冲击的力量更强外。”然而，当他在长崎周围走访了更多的地方，访问了充斥着病人和死亡人员的医院，目击了被夷平了的城市并与那些无法帮助如此多病人、束手无策的日本医生谈论后，韦勒这才明白，肯定是发生了一些可怕的东西。许多被送到医院抢救的人对治疗没有反应。他目击了儿童的皮肤上长出了红色的斑点，人们的头发脱落了，病人的舌头变黑了，牙关紧锁。一家医院的医生告诉他，就在核爆炸后一个月，这里每天都以10人以上的速度死亡。他提醒，医生们曾对送到他们那里的病人进行了精确的评估。他们的头发掉光了，他们的皮肤在出血，嘴唇疼痛、腹泻，喉咙肿胀。他们的红细胞数开始下降，几乎缺少白血球。他在另一篇报道中写道，“原子弹奇特的‘疾病’，因它不曾出现过而无法治愈，因为它未能被诊断而无法得到治疗。这种‘疾病’仍在吞噬着这里的生命。男人，女人和儿童没有外表的受伤痕迹，但每天在医院里都有死亡发生，一些人自以为逃脱了死神，可走动了三四个星期后还是逃脱不了死亡。这里的医生拥有各种现代药物，但在与记者谈论时，他们坦率地承认找不到医治这种疾病的答案。这是盟军自日本投降以来第一位目击长崎核爆炸的记者亲眼所见。医生们要急疯了，他们的病人虽然皮肤是完整的，但却都在他们的眼皮底下眼睁睁地死去。”
大多数的估计认为在广岛约有7万人立即因核爆而炸死。到1945年年底，据估计因烧伤，辐射和相关疾病的影响的死亡人数，约从9万到14万。还有估计到1950年止，由于癌症和其他的长期并发症，共有20万人死亡。
爆心500米以内的被害者，有90%以上的人当场死亡或当日死亡。500米到1000米以内的被害者，超过60%·70%的人当场死亡或当日死亡。暂时生存下来的人，有50%的人在6天内死亡；过了6天，又有25%的人死亡。
直到1945年11月，爆心500米以内的人98%~99%已经死亡；500米到1000米范围内，90%的人已经死亡。从1945年8月到12月，总共有9~12万人死亡。
在硫磺岛、冲绳岛以及其他地方的苦战使双方都遭受严重的人员伤亡，不过这些战役的成果是日本的缓慢撤退。随着越来越多的资深飞行员丧身战场，日本开始实行由神风特攻队直接冲击重要军事目标，试图减缓美国部队的进攻速度。但同时，东京和其他城市还是遭到了美军的轰炸。在中国战区，****在中美空军支援下牵制日军并轰炸大陆补给线。日军意图反制而发动湘西会战与鄂西会战，中国皆防卫成功。1945年2月3日，苏联同意介入太平洋战事。1945年4月5日，苏联政府在《苏日中立条约》到期前，宣布《苏日中立条约》不再有效。投机的斯大林选择在8月8日对日宣战，发动八月风暴行动攻入中华民国东北地区。****亦对华南地区发动躁进作战，目标广东及湖南。而同月美国分别在日本的广岛（8月6日）和长崎（8月9日）投下了两颗原子弹震撼日本，广岛24.5万人口中死亡和失踪人数达71379人，受伤人数近10万，长崎23万人口中的约14万8千人伤亡和失踪。
面对核武器的威胁与中国东北地区的丧失，日本天皇裕仁与内阁开始重新考虑投降。日本帝国在8月15日（第二次世界大战对日战争胜利纪念日）正式宣布投降。最终的投降书是于1945年9月2日在美国战列舰密苏里号上签署的，此后麦克阿瑟将军开始负责日本的重建。这段时期在日本被看作是美军的占领期。美国总统杜鲁门于1946年12月31日正式宣布，美日两国已经不处于敌对状态。
在这场决定人类命运的生死大搏斗中，先后有六十多个国家和地区参战，波及二十亿人口(占当时世界人口的百分之八十)，战火燃及欧洲、亚洲、非洲、美洲、大洋洲和太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋。作战区域面积为两千两百万平方公里，交战双方动员兵力达一亿人，直接军费开支总计约三万亿美元，占交战国国民总收入的百分之六十至百分之七十，参战国物资总损失价值达四万亿美元。
在欧洲，苏德战场为对抗德国的主要战场，也是二战中最惨烈的战场。在亚洲，中国战场担负着反对日本侵略者陆地侵略的任务。在太平洋，美国担负着反对日本侵略者海洋侵略的任务。
第二次世界大战是历史上死伤人数最多的战争，大约有6000万人死亡（其中苏联为2700万死亡，中国约为1800万死亡），至少1.3亿人受伤，合计伤亡1.9亿人（其中苏联约为6000万伤亡，中国约为3500万伤亡）。
中国是抗击日本侵略的主战场。据不完全统计，在日本侵略军的屠刀下，中国伤亡人数达3500万。中国二战死亡人数一直说不太清，因为统计不清楚，学者估计有1200万人·1800万人，不过90年代以后，官方数据明了，中国死亡约1800万，但是依然有很多学者质疑不足1800万。按一九三七年的比价计算，日本侵略者给中华民国造成的直接经济损失一千亿美元，间接经济损失五千亿美元。中国人民为世界反法西斯战争的胜利作出了巨大的民族牺牲和重要的历史贡献。
苏联是抗击德国法西斯的主战场，二战参战国蒙受的全部损失中有41%是苏联的损失。据俄罗斯公布的材料，苏联在一九四一年到一九四五年卫国战争期间，因战争伤亡在6000万，其中死亡2700万人，其中苏联红军牺牲866.84万人；物质损失按照一九四一年的价格计算达6790亿卢布。苏联伤亡多为男性，导致战后的苏联男女比例严重失调。
美国和英国是世界反法西斯同盟的核心成员，它们也为反法西斯战争的胜利付出了重大代价。据战史材料，美国共有42万人在二战中死亡，英国共有40万人（包括军人和平民）在战争中死亡。法国有80万人（包括军人和平民）在战争中死亡，其中平民占到多数。德国、日本和意大利是发动二战的元凶，遭到了反法西斯国家和人民严厉惩罚。
德、日、意发动的侵略战争也使这些国家国内的民众深受其害。
也正是由于这次世界大战的惨烈，为了维护国际和平与安全，中英美苏法为首的同盟国在1945年10月24日发起成立了联合国，中美苏英法则成为了安理会常任理事国。
世界人民经过多年的浴血奋战，终于打败德、意、日等法西斯轴心国。其中，中国人民的抗日战争在反法西斯战争上占有重要的地位。
战后，依照《波茨坦公告》，战胜国分别对战犯进行了审判，并成立了纽伦堡和东京两大国际军事法庭，对甲级战犯进行审判，其中也有少数人逃过制裁的。部分人的下落：
日本裕仁天皇：死于1989年；
原日军侵华总司令冈村宁次：受到国民政府包庇，躲过审判；
墨索里尼：意大利法西斯领袖，法西斯主义始作俑者，1943年意大利对轴心国宣战后被捕，后被希特勒派人救出，最后被游击队捕获并曝尸街头；
赫斯：纳粹副元首，于1941年秘密乘飞机前往英国“和谈”，被英国政府长期拘留；
志村菊次郎：士兵，由于1937年7月7日在日军演习时拉肚子而离开大部队，被日军认为“失踪”，导致日军制造借口发动卢沟桥事变，继而发动全面侵华战争，后日本政府为掩盖事实真相，将其遣送回国，最后战死在缅甸；
山本五十六：日本联合舰队司令，珍珠港事件策划者，死于1943年盟军“复仇行动”；
帝国元帅戈林、党卫军总司令希姆莱：纳粹核心人物，1945年分别背叛希特勒，被希特勒开除出纳粹党，被盟军俘获后畏罪自杀；
东条英机：日本法西斯独裁者，太平洋战争策划者，甲级战犯，1948年被判绞刑；
希特勒：德意志第三帝国元首，二战头号元凶，1945年4月30日与爱娃·劳恩举行婚礼后在总理府地堡自杀；
卡尔·邓尼茨：希特勒继承人，前帝国首席潜艇官，海军总司令，战后接受审判，出狱后定居联邦德国。
战后德国由美英苏法四国占领，柏林也被分区占领，后冷战期间民主德国建立“柏林墙”，将柏林分为东柏林和西柏林。
柏林墙有超过155公里长，约3~4米高，主要可分为：
第零层防线：302座瞭望台
第一层防线：约3.5米高、光滑、淡色的水泥墙，有的地方附铁丝围拦和警报器
第二层防线：钢制拒马
第三层防线：2米高的铁丝围拦
第四层防线：音响警报缆
第五层防线：铁丝网(通电的)
第六层防线：碉堡(共22个)
