前述のように，広島は戦前より日本有数の軍都であった。広島城は軍の拠点となり，明治27（1894）年7月に始まった日清戦争を機に，広島は随一の派兵基地，兵站基地となった。広島にはまた，当時，一般には知られていなかったが，瀬戸内海の大久野島に毒ガス製造工場（昭和4［1929］年建設）も置かれていた。さらに，広島市内には，第2次世界大戦末期，本土決戦に備え，西日本地域の軍を統括するために新設された第2総軍の司令部も置かれた。
昭和20（1945）年7月25日，米国は，原子爆弾の投下目標を広島，小倉，新潟，長崎の4都市に絞った（当初は京都も投下対象に含まれていたが，政治的理由で除外された）。その後，8月2日に広島を第1目標とする作戦命令が発せられ，8月6日の未明，「リトル・ボーイ」と命名された原子爆弾を搭載するB29エノラ・ゲイ号がマリアナ諸島のテニアン島を飛び立ち，一路広島を目指した。8月6日の広島は，朝から晴れ間が広がっていた。午前8時15分，エノラ・ゲイが原子爆弾を投下。爆弾は約43秒間落下した後，投下目標の相生橋よりやや南東の島病院の近く，地上約600メートルの上空で核爆発を起こした。爆発の瞬間，巨大な火球から強烈な熱線が放出され，周辺の地表面は3,000 ～ 4,000度にも達した。最大風速440ｍ/秒の強烈な爆風が放射状に広がり，約10秒後にはほぼ市街全域に達した。

広島の原爆被害の概要
原爆投下時	昭和20（1945）年8月6日　午前8時15分
被害状況	●特徴： ・瞬間的・無差別的な大量破壊，殺りく。 ・放射線による後障害がその後も続く。 ●熱線：約3,000 〜4,000℃（地表面） （ 鉄の溶ける温度1,500℃） ●爆風：秒速440m（爆心地近く） （ 大型台風秒速約30 〜 40m） ●放射線：・初期放射線（爆発から1分以内の放射線） 　　　　　・残留放射線（地上に残った放射線） 　　　　　→間接被爆（入市被爆）による発症，死亡
死者（昭和20［1945］年12月末）	約14万人±1万人（長崎は約7.4万人±1万人）
被爆者の現状（令和2［2020］年3月末）	人数：全国136,682人（うち広島市内44,836人） 平均年齢：全国83.3歳，広島市82.8歳

「ポケット版ヒロシマ平和情報」（広島市平和推進課）， 「原爆被爆者対策事業概要」（広島市原爆被害対策部）より抜粋

熱線の放出は短時間であったが，極めて強烈で，爆心地から1キロメートル地点にいた人々は即死するか重度の火傷を負い，3キロメートル以上離れた地点でも，服を着ていない部位に火傷を負った。爆心地から2キロメートル以内の木造建築は全壊し，多くの人々がその下敷きになるなどして命を落とした。

 

爆発から30分後には，熱線による自然発火と倒壊した建物からの発火が延焼して，火事嵐が吹く大火災が発生した。爆心地から2キロメートル以内の燃えるものは燃え尽くし，多くの人が焼け死んだ。
原子爆弾から放出された放射線は，人体に深刻な影響を引き起こした。爆心地から1キロメートル地点の放射線量は，中性子線・ガンマ線合わせて4グレイ。それは，半数の人が死に至る量だったと推定されている。外傷がないのに，放射線を浴びたため数日後に発病し，その後，死に至る人が続出した。直爆を受けた人以外にも，残留放射能や，直後に降った放射性落下物を含む「黒い雨」により，周辺居住者や入市者も放射線を浴びた。
原爆による死者の数は，いまだに正確につかめていない。8月6日原爆投下時，広島市には居住者，軍人，通勤等による入市者を含め約35万人の人がいたと推定されている。広島にはまた，日本人だけでなく，米国生まれの日系米国人や，ドイツ人神父，東南アジアからの留学生，そして，当時日本の植民地だった朝鮮と台湾，さらには中国大陸からの人々，そして10数名の米兵捕虜など，様々な国籍の人々がおり，彼らもいやおうなく原爆の惨禍に巻き込まれた。ちなみに，広島市が昭和51（1976）年に国連に提出した資料では，昭和20（1945）年末までの原爆による死亡者は14万人±1万人と推計されている。
被爆直後から，軍を中心に救援活動や屍体処理，瓦礫の撤去などが試みられた。各所で肉親や子供，兄弟姉妹を探し歩き，あるいは家族の遺体を自ら荼毘に付す人の姿も見受けられた。未曾有の惨禍と深い慟哭，そして究極の混乱に包まれた当時の広島にあって，復興の兆しは容易に見えなかった。