Тем не менее всю неделю Оппенгеймер трудился не покладая рук, чтобы гарантированно взорвать бомбу над головой «бедных человечков». Вечером 23 июля 1945 года он встретился с генералом Томасом Фарреллом и его порученцем подполковником Джоном Ф. Мойнаханом, двумя старшими офицерами, которым поручили подготовку бомбардировочного рейда на Хиросиму с острова Тиниан. Ночь выдалась ясной, холодной и звездной. Нервно расхаживая по кабинету и непрерывно куря, Оппенгеймер требовал точного соблюдения инструкций по доставке оружия к цели. Подполковник Мойнахан, бывший газетчик, в 1946 году опубликовал яркий отчет об этих вечерних бдениях: «“Не разрешайте сбрасывать бомбу сквозь тучи или облачность”[сказал Оппенгеймер]. Он был настойчив, взвинчен, говорил на нервах. “Цель должна быть видна. По радару не сбрасывать — только визуально”. Длинные шаги, ступни смотрят врозь, новая сигарета. “Разумеется, сброс можно контролировать по радару, но он должен быть зрячим”. Опять длинные шаги. “Если сбрасывать ночью, то только при свете луны — так лучше всего. Главное, чтобы не в дождь или туман… Нельзя, чтобы взрыв произошел слишком высоко. Заданный показатель — самый подходящий. Не набирайте [слишком] большую высоту, иначе цель мало пострадает”».

Созданные Оппенгеймером атомные бомбы было решено пустить в ход. В то же время он убеждал себя, что такое их применение не должно привести к послевоенной гонке вооружений с Советами. Вскоре после испытания «Тринити» Роберт с облегчением узнал от Ванневара Буша, что временный комитет единогласно утвердил рекомендации без утайки информировать русских о бомбе и ее предстоящем применении против Японии. Ученый полагал, что в этот самый момент в Потсдаме Трумэн, Черчилль и Сталин ведут по этому вопросу откровенные дискуссии. Он пришел в ужас, узнав, о чем на самом деле говорила «Большая тройка». Вместо открытой, искренней дискуссии о природе нового оружия Трумэн холодно обронил загадочную фразу: «24 июля, — писал Трумэн в своих мемуарах, — я мимоходом сказал Сталину, что у нас появилось новое оружие невероятной разрушительной силы. Русский премьер не проявил особого интереса. Он всего лишь ответил, что рад это слышать, и пожелал “с пользой использовать его против японцев”». Результат встречи сильно разочаровал Оппенгеймера. Историк Элис Кимбалл Смит потом писала: «В Потсдаме происходил настоящий фарс…»

Шестого августа 1945 года ровно в 8.14 утра бомбардировщик В-29 «Энола Гэй», названный так в честь матери пилота Пола Тиббета, сбросил на Хиросиму не проходившую испытания урановую бомбу пушечного типа. Джон Мэнли в это время находился в Вашингтоне, где охваченный тревогой ждал новостей. Оппенгеймер отправил его туда с единственной задачей — сообщать о ходе бомбардировки. С пятичасовой задержкой самолет вышел на связь, и Мэнли наконец получил сообщение по телетайпу от капитана Парсонса, «взрывника» на борту «Энолы Гэй»: «Видимый эффект сильнее, чем на испытаниях в Нью-Мексико». Когда Мэнли хотел позвонить Оппенгеймеру в Лос-Аламос, Гровс остановил его. Никто не должен распространять сведения об атомной бомбардировке, пока президент первым не объявит о ней. Раздосадованный Мэнли отправился на полуночную пешую прогулку по парку Лафайет напротив Белого дома. Рано утром на следующий день ему сказали, что Трумэн выступит с заявлением в одиннадцать утра. Когда президент начал зачитывать заявление по национальному радио, Мэнли наконец смог позвонить шефу. Хотя они договорились пользоваться кодовыми словами, Оппенгеймер немедленно выпалил: «Для чего я, черт возьми, отправил вас в Вашингтон?»