5月31日，美军从2个方向小心翼翼地开进冲绳岛的古城首里，没有遇到什么抵抗。美军第十集团军司令巴克纳非常高兴，他认为冲绳战役已进入尾声。
日军第三十二军军长牛岛满带着大部人马突围而去，逃进首里城正南15公里处冲绳南端喜屋武半岛的一个悬崖旁边的山洞内，并在洞内设立了司令部。这里是座珊瑚山，由八重濑岳和与座岳重合而成，犹如一堵大墙横切冲绳南端大部分地区。牛岛虽知败局已定，却要在这里进行最后抵抗。这样一来，就给冲绳人带来巨大的灾难。当地的老百姓惊慌失措，成群结队地跟在牛岛部队后面南逃，被美军炮弹炸得尸横遍野，成千上万的尸体留在泥泞的道路上。
1945年6月，由弗兰克任主席的关于原子能对社会和政治的影响委员会7位知名科学家起草了一份请愿书，又称“弗兰克报告”。请愿书内容摘要如下：
核能的发展尽管会增强美国的技术和军事力量，也会带来严肃的政治和经济问题。核弹作为某个国家的独有武器，只能维持几年，因为各国科学家都知道它的基本原理。如果在国际上不能对核爆炸物采取有效的管控措施，那么必将导致一场全球范围内的核竞赛。10年之内，别的国家也会拥有原子弹。由于美国的人口和工业集中在城市，所以这场竞赛对我们将会产生不利影响。
鉴于以上因素，如果不事先警告就用原子弹空袭日本，是不合适的。一旦美国首先使用这种杀伤力巨大的武器，将会失去世界的支持，加速军备竞赛，这将不利于这种武器的国际控制。如果能在日本一处荒无人烟的地方演示这种武器的强大威力，将有助于控制核武器协议的签署。
美国原子计划的主要决策人布什和科南特也赞同在国际范围内控制原子弹。在他们的建议下，美国总统杜鲁门批准建立了一个临时委员会，其成员包括杜鲁门的特别助理贝尔纳斯、海军助理秘书巴德、助理国务卿克莱丁以及科学家布什、科南特和康普顿，陆军部长史汀生任主席。临时委员会的主要任务是研究原子弹对美国的政治、经济、军事和对外关系带来的影响，特别是对日使用原子弹的问题。在科南特的建议下，临时委员会又成立一个科学顾问委员会，同时邀请费米、奥本海默、劳伦斯等科学家加入，为临时委员会提供技术咨询。
在对日本使用原子弹的方式上，科学顾问们存在分歧。劳伦斯一直主张在日本上空做一次技术演示，在减少平民伤亡的前提下促使其投降。另一些人则担心万一原子弹演示不成功，或者日本有针对性地采取了对抗措施，将起不到恐吓作用。
从6月份开始，美军对日本的空袭进一步加强，日本的一些中小城市也遭到燃烧弹的袭击。到7月份，空袭达到了高潮。持续不断的空袭彻底摧毁了日本支撑战争和生存的根基。尽管如此，疯狂的日本战争分子仍然顽固地准备把全体国民推向绝路，不断叫嚣进行本土决战，希望以流血震惊美国，争取在有利的条件下结束战争，决不无条件投降。其实从1945年春天，日本就开始军事动员，降低征兵年龄，扩大征兵范围，并从占领的中国、朝鲜等地向本土调兵。截至7月，全国已经实行了3次动员。日军人数已经达到了720万，比上一年增加了一倍，飞机也达到了7000架。日本推行决战思想，派出“神风”特攻队在海上、空中和陆上不断实施自杀式作战，用“神风”特攻机群炸毁、撞毁美军舰艇，用士兵的血肉之躯炸毁坦克。
6月1日，喜屋武半岛浓云密布，雨不停歇。美军第十集团军在齐脚踝深的泥泞中步履艰难地从东西两面向半岛缓慢前进。东面是知念半岛，没有重兵防守；西面是小禄半岛，由海军冲绳基地司令太田实海军少将率2000名官兵防守。
6月5日，喜屋武半岛的雨终于停了，地面未干。泥沼帮助牛岛部队迟滞了美军的进攻。
6月6日，日本召开最高战争指导会议，提出了今后实行的战争指导基本大纲。基本大纲确定的方针是：以誓死尽忠的信念为动力，凭借地利、人和的优势，坚决把战争进行到底，以维护国体，保卫皇土，确保民族将来发展之根基。
基本大纲提出，在国内，为适应举国一致的皇土决战，应健全贯彻国民战争精神的各种体制。其中，尤应以组织国民义勇队为核心，以便更加巩固全体国民的团结，充实国家物质力量，特别是确保粮食及特种武器的生产，以此作为国家各项政策的重点。
日军总参谋长梅津美治郎满怀信心地发言：“本土作战与冲绳、硫磺、塞班等孤岛作战有着本质的不同，特别是能对敌军的登陆地点、机动地点集中全部兵力，以巨大的纵深兵力持续强攻。最主要的是能够得到全体国民无比忠诚的协助，这是本土决战必胜的基础。也就是说，过去在孤岛及远洋作战，我们孤立无援，只能以当地兵力承当全部敌军的集中攻击。而本土作战，这种情况将会完全改变。我军一旦对登陆部队发起攻势，则将贯彻不成功便成仁的信念，发挥帝国陆军的传统精华。我军独特的空中及水上特攻战术自莱特岛作战以来，曾给敌人以沉重打击，积累了丰富的经验，用于本土作战必将取得更大战果。”
6月10日，美军步兵第九十六师终于对冲绳岛南端喜屋武半岛八重濑岳的日军第三十二军残部发起猛烈攻击。美军进攻猛烈，日军拼死抵抗。日军“铁血勤皇队”队长山城宏中佐让他的队员绑上炸药，冒着弹雨，钻到美军坦克底下将其引爆。美军许多坦克是被这些十三四岁的童子军舍身炸毁的。日本人这种残忍凶猛的自杀行为震惊了美国人，他们难以相信在这个星球上还有如此狂妄、古怪、偏执、残暴的民族。
6月12日，美军曼哈顿工程区司令格罗夫斯向陆军部长史汀生汇报了目标委员会的工作。对于第一个打击目标，史汀生认为需要认真考虑。他请来日本问题专家莱肖尔教授，请其谈谈看法。莱肖尔听说京都将列为核击的目标，急得要流下眼泪。他告诉史汀生，京都虽然集中了大量的日本战争工业，但它是日本古都，汇集了日本的传统文化艺术，摧毁京都必然会严重挫伤日本人的民族自尊心，日本将把美国永远视为敌人，后果不堪设想。史汀生对京都也有好感，他在担任菲律宾总督期间，曾访问过京都，深深地被它古老的文化所吸引。既然轰炸这座城市会引起不必要的仇恨，遗留下日后无法解决的纠纷，他决定向总统杜鲁门建议不要把京都作为轰炸目标。
美军高层经过研究，并综合各方面专家的意见，最后把广岛、小仓兵工厂、新澙、长崎作为预定的打击目标。之所以选定这些城市为打击目标，主要着眼于两点：（1）可以对日本军政当局产生巨大的心理压力；（2）可以构成对全世界尤其是苏联当局的实力威慑。另外，还需要考虑以下因素，携带原子弹飞机的航程、最有效地发挥原子弹的效果和目标区域内可能出现的天气情况。杜鲁门总统批准了用原子弹袭击日本的作战计划。