در تاریخ ۶ اوت ۱۹۴۵، ایالات متحده آمریکا به عنوان نخستین و تنها کشور، از سلاح اتمی در جنگ استفاده کرد. این بمب اتمی بر روی شهر هیروشیمای ژاپن انداخته شد که در نتیجه آن، حدود ۸۰ هزار نفر به طور مستقیم جان خود را از دست دادند و ۳۵ هزار نفر دیگر نیز زخمی شدند. همچنین، حدود ۶۰ هزار نفر در ماههای بعد به دلیل عوارض ناشی از بارانهای اتمی جان باختند.
این اقدام اگرچه به پایان جنگ جهانی دوم کمک کرد، اما برخی مورخان معتقدند که به اوجگیری جنگ سرد نیز دامن زد. ایالات متحده از اوایل دهه ۱۹۴۰ به ساخت این سلاح پرداخت، به ویژه پس از آن که از تحقیقات آلمان نازی در این زمینه مطلع شد. آمریکا نخستین آزمایش موفق خود را در ژوئیه ۱۹۴۵ انجام داد، در حالی که جنگ علیه ژاپن ادامه داشت. هری اس. ترومن، رئیسجمهور وقت آمریکا، تحت فشار مشاورانش که نگران تلفات احتمالی یک حمله زمینی به ژاپن بودند، دستور استفاده از این سلاح برای خاتمه سریع جنگ را صادر کرد.
بمبافکن «انولا گی» در تاریخ ۶ اوت، بمب پنجتنی را بر روی هیروشیما انداخت. این انفجار که معادل ۱۵ هزار تن TNT قدرت داشت، نواحی وسیعی از شهر را ویران کرد و بر اثر آن، جان بسیاری را به مخاطره انداخت. سه روز بعد، بمب دیگری بر ناگازاکی انداخته شد که به مرگ نزدیک به ۴۰ هزار نفر منجر شد و در پی آن، ژاپن تسلیم خود را اعلام کرد.
برخی از مورخان معتقدند که کاربرد این سلاحها دو هدف عمده داشت: اول، پایان دادن به جنگ و نجات جان نظامیان آمریکایی، و دوم، به نمایش گذاشتن این سلاح مرگبار برای اتحاد جماهیر شوروی. روابط میان دو کشور در آن زمان به شدت تنشآلود بود و کنفرانس پوتسدام اخیراً پایان یافته بود. ترومن و مشاورانش امیدوار بودند که این سلاح به عنوان ابزاری در مذاکرات دیپلماتیک با شوروی عمل کند، بنابراین، میتوان استفاده از بمب اتمی را نخستین اقدام در جنگ سرد به شمار آورد.
با این حال، تا سال ۱۹۴۹، شوروی نیز موفق به تولید بمب اتمی خود شد و رقابت تسلیحاتی آغاز گردید.
