7月17日，美国空军完全掌握了制空权后，水面舰只直接进入日本海，开始用舰炮轰击岸上目标。神户、大阪、日立、舞鹤、清水等港口均遭到美军舰炮的猛烈轰击。
7月17日至8月2日，苏美英三国在德国柏林郊外的波茨坦举行会议。会议除了处理德国和欧洲的一些问题外，还讨论了日本问题，并通过了《波茨坦公告》，要求日本政府立即宣布所有武装部队无条件投降。由于苏联没有对日宣战，这个公告是以美、英、中三国的名义对外公布的。
7月20日清晨，运送原子弹的“印第安纳波利斯号”重巡洋舰抵达夏威夷，驶入珍珠港。在此停留了6个小时，补充了燃油和各种军需品后，再次起航。
7月24日，美国军方正式下达了核袭日本的作战命令。
运送原子弹的“印第安纳波利斯号”重巡洋舰
美国陆军战略空军司令斯帕茨将军：
1.第二十一轰炸机联队、第五○九混合大队应于1945年8月3日后，在气候条件许可目击轰炸的条件下，立即对下列目标之一投掷特别炸弹：广岛、小仓、新澙和长崎。为带领陆军部派遣的军事人员和非军事的科学人员进行观察和记录炸弹的爆炸效力，另外派飞机随同运载特种炸弹的飞机飞行。观察机应距炸弹爆炸点数英里之外。
2.在本部准备就绪时，即运去投掷于上述目标的炸弹。至于上述地区以外的其他轰炸目标，另候命令。
3.一切发布有关对日使用武器的情报均由美国陆军部长和总统掌握。非经事先特别批准，司令官不得就这个问题发布公报或透露任何消息。一切新闻报道都要送陆军部作特别检查。
上述指令是奉美国陆军部长和参谋总长指示并经其批准而发布的。希望由你亲自将该指令的副本转送麦克阿瑟和尼米兹两将军各一份，以供他们参考。
代理参谋总长参谋团将军 汉迪
1945年7月24日
7月25日，美军统帅部下达作战指令：“8月3日后，只要气象条件允许目视轰炸，第五○九混合大队即可开始对日本投掷第一颗原子弹。”
7月26日，美军“印第安纳波利斯号”重巡洋舰到达提尼安岛，停泊在离海岸0.5海里处。运来的“货物”被小心翼翼地用吊杆吊起来，越过甲板栏杆，放到舰旁预先准备好的驳船上。
至此，“印第安纳波利斯号”重巡洋舰顺利完成了“货物”长途运送重任，然后奉命到日本海域参战。3天后，这艘军舰及其军舰上的水兵就走向了末日，他们永远都不可能知道自己运送的是什么东西了。1艘来自广岛吴港码头的日军潜艇，在菲律宾海域偶然遇到了“印第安纳波利斯号”。日军潜艇当即发射了2枚鱼雷，击中了这艘重型巡洋舰的舰艏右舷。就这样，排水量9000多吨、1996名舰员的“印第安纳波利斯号”重型巡洋舰在2声爆炸后，沉入了海底。三分之一的水手在睡梦中便葬身海底，跳海的800多人在茫茫大海中漂泊了四五天，曝晒，严重的缺水，加上长久的饥饿疲乏，还有鲨鱼的不断袭击，导致他们一批一批死去。
7月27日6时，东京的海外放送受信局收听到了《波茨坦公告》。在日本政府看来，这项公告中，盟国的立场与之前相比有些松动。苏联没有签署公告，似乎仍在保持中立；盟国放弃以前绝对无条件投降的主张，转而提出了同日本建立和平的8项特殊要求。
下午，日本首相铃木贯太郎主持召开内阁会议，讨论是否在日本国内发表《波茨坦公告》。与会者争论相当激烈。最使大臣们感到不安的是通牒中没提到天皇，也许这是在暗示天皇的地位将维持不变。投降是很可怕的，但公告只是要求日本所有武装力量无条件投降，而不是像1943年开罗宣言那样，要求日本国投降。更令人振奋的是，苏联人没在公告上签字，这意味着苏联仍将保持中立，可以重新开始谈判。
会议即将结束时，主战派和主和派终于达成了一致意见，暂时不对公告发表评论，等待苏联对天皇的调停要求作出答复。对于公告，还是决定予以发表，至于公告中一些可能挫伤国民战斗意志的词句，如允许军队解甲归田、无意奴役日本民族等条款等，则被删除。另外，各报刊登时要用小号字体印刷。次日清晨，遵照内阁的要求，日本各大报发表了有关消息，但没有发表社论。《每日新闻》用大字标题宣称，这个公告是十分可笑的。《朝日新闻》刊登了铃木对记者的讲话，他表示：“除了完全不予理睬这个公告，并坚决把战争进行到胜利结束，没有其他道路可走。”
7月27日到8月1日，美军每天出动飞机在日本各城市上空散发波茨坦公告和传单。传单警告说，日本如不接受《波茨坦公告》，将会受到更加猛烈的轰炸。每次传单散发后，接着就是一次普通炸弹的猛烈轰炸。对此，日本政府无动于衷。
杜鲁门和军方已经认识到，要想让日本接受公告的要求，必须用猛烈的打击来证明美国有能力摧毁日本，原子弹是最佳武器，能以极小的代价结束这场战争。
7月29日，美国陆军战略空军司令斯帕茨少将在关岛的第二十一轰炸机联队司令部召开会议，传达陆军部的命令。他宣布攻击目标依次是：广岛、小仓和长崎。到底将仅有的1颗核弹（另1枚还没有装配好）投向哪一个目标，需要根据目标区域的天气情况择机决定。
8月1日，准备执行原子弹突袭任务的美军第五○九混合大队的B-29轰炸机机组人员进行了最后一次演习。
8月2日，杜鲁门开完波茨坦会议后，在回国途中，在他所乘坐的“奥古斯塔号”巡洋舰上发出了核袭日本的命令。
与此同时，杜鲁门还批准了曼哈顿工程的工作和科学研究发展报告。其实，早在1944年，康南特便向曼哈顿工程区司令格罗夫斯提议，有必要对曼哈顿工程的工作和科学研究发展写出一个完整的报告。这个报告要正式记录工程的一切活动，特别是有关科学技术和行政组织工作方面，这样就不会磨灭那些有功之人的贡献。他们预计，一旦原子弹取得成功，社会新闻媒体会大量需要有关这个工程的情报。他们也需要有个文件作为参加本计划的人员在同外人谈论时的指南，以免使他们无意中泄露了机密。经军事政策委员会同意，1944年4月，格罗夫斯请普林斯顿大学的亨利·史密斯博士编写了这个报告。
这个报告的内容并未泄露有关制造和生产这种武器所必需的军事秘密。它只提供了一些众所周知的科学事实梗概，并报告了这项工作的经过情况及各个科学机关和工业企业在它的发展中所起的作用。