本进行原子弹轰炸的4个主要目标：广岛、长崎、小仓和新泻。到7月底，经马歇尔同意，最后确定了其中的3个目标：“广岛是第一目标，小仓是第二目标，长崎是第三目标”。为此，美国军方从一开始就准备在日本投掷三颗原子弹。美国空军第509飞行大队还专门准备了7架飞机，主要用于飞往日本本土投掷这三颗原子弹。
美国投掷在日本的两颗原子弹：“小男孩”和“胖子”
1945年8月6日，在美国空军用第一颗原子弹投掷日本广岛轰炸成功后，美国军方迅速地进行了轰炸日本其他两个目标的准备工作。美国退役陆军中将格罗夫斯的回忆录对此有如下记载：“在洛斯阿拉莫斯‘胖子’(美国内爆式原子弹的代号)所用的钚最后处置完毕后，就用C—54型专机运到提尼安，另外两个‘胖子’所需要的一些其他重要零件，则由两架B—29型飞机运送。”由此可见，美国空军在对小仓和长崎的轰炸之前，运到提尼安美军空军基地的是两颗原子弹。
另据史料记载，1945年8月9日凌晨3时49分，美国空军两架B—29轰炸机和两架侦察机从美国提尼安空军基地起飞，向轰炸地点飞去。
“当美军两架B—29轰炸机和两架侦察机飞抵日本小仓上空时，因天空阴云密布，用肉眼根本看不到轰炸目标，结果机长威内斯驾驶飞机，用了45分钟时间在小仓上空来回飞了三次，最终决定放弃轰炸小仓而飞向第二目标长崎，长崎上空同样是云雾重重，但由于此次飞机是不可能带着核弹返回基地的，于是临时决定采用雷达轰炸，当飞机做好了投弹准备的时候，空中的云雾突然散开了，天空中出现了一个清朗的大洞，轰炸员比汉透过这个大洞，看到了山谷中的一条跑道时，就果断地把两颗核弹投了下去……”
美国战略轰炸统计局事后曾做出估计，约有3.5万人死亡，6万人受伤。而对于此次轰炸，美国方面一直保持沉默，没有做过任何说明和解释，只有格罗夫斯在事后听到伤亡人数时说：“这个数字比我们原来估计的要少得多。”这就证明了美国方面原来估计的数字，是两颗原子弹同时爆炸的死亡数字，而事实上却只爆炸了一颗。
当时，日本长崎的防空报告却准确地记录下了这一情况。日本长崎知事致防空总本部长官、九洲地方总监
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