广岛投弹之后，在帝尼安岛上的科学家和太平洋上的美军指挥官们都希望第二颗原子弹能够在天气转变之则投弹下去。由于当时坏气候接近日本本土，原订在8月20日的第二次投弹，先是提早到11日，其再度往前挪至9日，由于提前太多，“胖子”的组合装设，一直到8日才完成，以至于连飞行试投都无法进行，负责安装工作的阿希渥斯说：“我相信这是近代武器中唯一由实验室直接服役的一次。”
光荣投降与困兽之斗
在“胖子”出发之前，太平洋美空军轰炸大队指挥官李梅将军曾派机到日本上空遍投传单。传单上说：“美国已经发明威力空前强大的原子弹……美国正源源不断的生产这些原子弹中。希望你能呼吁日皇即刻止战争，以免遭原子弹的袭击。”
然而，多数日本民众并不了传单上说什么，因为，日本军阀彻底封锁广岛被扔原子弹的消息，只有极少数人知道广岛彻底毁灭的实况。曾任雷根总统核武管制特别顾问的保罗‧尼兹在战后与“曼哈顿计划”科学家们到广岛去从事调查，从日本官员口中证实日本军方确有意顽抗到底，军方相信美国只有一颗原子弹。
投掷“胖子”的任务并不顺利。它的目的地原定为小仓县，当时日本主要兵工厂所在地。三架飞机于9日清晨起飞，约好在日本南方1500哩外一个小岛上空会合。起飞前，载了“胖子”的绰号“布克斯卡车”（Bochs Car）的B29的辅助油箱出现漏油现象，但因恶劣气候已经迫近，遂决定照常起飞。到了会合点，B29机长兼驾驶员史怀尼少校看到作科学实验的飞机准时飞到，另一架摄影机则未出现，转了50分钟，仍未见该机踪影，史怀尼和在机上的希渥斯决定飞往目标区小仓。
到
了小仓县上空，云层密布，俯冲3次都找不到投弹目标点，而油已消耗甚多，史、阿两人商议后，决定放过小仓，飞向第二目的地长崎。当时机上油料，只够在长崎俯冲一次，而后折返飞到冲绳，要是不把重达一万磅的“胖子”丢下去，还飞不到那么远。
长崎上空也是云层密布，阿希渥斯已准备命令他的助手用雷达投弹，剎那间，云层散开，乃照原计划用视力操作，然而仓卒之间，仍未能命中目标──长崎市中心，而扔到一哩之外，靠近一座地雷工厂。其实，是否命中目标点并非特别重要，长崎市几乎全毁，整个长崎地区当时就死了7万人。
在投下第二颗原子弹之后，科学家们和美军当局仍不敢确定日本是否会投降。他们继续准备投弹。8月10日，华盛顿的葛罗夫将军向马歇尔报告，如果天气许可，第二颗“胖子”可在8月17日或18日投掷，比原订日期提早一个礼拜。8月14日，提北兹派遣7架B29在名古屋等地进行投弹试飞。
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