Pendant la Seconde Guerre mondiale, le 9 août 1945 à 11 h 2 du matin, la superforteresse américaine B-29 Bockscar, pilotée par Charles Sweeney, partie de Tinian dans les îles Mariannes du Nord, largua la bombe atomique Fat Man sur la ville : elle explosa à 580 m d'altitude, à l'aplomb du quartier Urakami. Ce fut la seconde explosion nucléaire au Japon, trois jours après celle d'Hiroshima.
Cette bombe était une bombe au plutonium de 17 kilotonnes, différente de celle d'Hiroshima (uranium 235), mais semblable à celle de l'essai Trinity, réalisé à Alamogordo, le 15 juillet 1945.
Le scénario d'Hiroshima se reproduit, à peine moins meurtrier. En effet, la topographie de Nagasaki en fait un site plus ouvert alors que les collines ceignant Hiroshima avaient amplifié les effets dévastateurs de l'explosion.
75 000 des 240 000 habitants de Nagasaki furent tués sur le coup, et au moins autant d'habitants décédèrent des suites de leurs maladies ou de leurs blessures — non seulement des Japonais mais aussi 13 000 Coréens (travailleurs forcés pour la plupart) et 200 prisonniers de guerre alliés. La cathédrale chrétienne d'Urakami, le principal lieu de culte catholique du Japon, presque à l'aplomb du largage (dit hypocentre), confondue avec un bâtiment portuaire, est entièrement détruite. Le bombardier devait viser les quais Mitsubishi. Mais l'objectif initial du B-29 était Kokura, devenue depuis un quartier de Kitakyushu, au nord de Kyushu : les nuages malgré trois survols de Bock's Car sauvèrent cette ville.
