8月29日，美军“密苏里号”战列舰驶进东京湾，准备接受日本投降。与此同时，全副武装的美国海军陆战队第四师在横须贺登陆。
此时，扛到底的日本叛乱者组织了“神风”轰炸机群，妄图炸沉“密苏里号”。在投降前最后的狂乱时刻里，裕仁把他的皇族成员派到各个要塞据点，要求遵守天皇的命令。他的弟弟高松亲王及时赶到厚木机场，劝阻那些杀气腾腾的人，要他们不要起飞。
9月2日9时，日本代表团在外交大臣重光葵和参谋总长梅津美治郎的带领下，登上“密苏里号”战列舰，向远东盟军最高统帅麦克阿瑟为首的联合国代表团投降。麦克阿瑟代表盟国对日本代表团说：“现在，我命令，日本天皇和日本政府代表、日本帝国大本营代表在投降书上指定的地方签字。”
9时4分，日本外交大臣重光葵代表天皇和日本政府在投降书上签上自己的名字。接着，尼米兹海军上将代表美国政府、徐永昌将军代表中国政府、福莱塞海军上将代表英国政府、杰列维扬科中将代表苏联政府、布雷米海军上将代表澳大利亚政府以及加拿大、法国、荷兰、新西兰等国的代表们一一在日本投降书上签了字。
日本签字投降
9时25分，麦克阿瑟宣布：“让我们祈祷世界恢复和平，愿上帝永远护佑和平。仪式到此结束！”
一个新的时代开始了。
当晚，“‘神风’特攻之父”大西泷治郎在绝望中剖腹自杀。他在遗书《致特攻队员之英灵》中说：“诸位竭力善战，我借此聊表谢忱。诸位深信最后之胜利属于日本……惜宏愿未酬，唯有一死向特攻队员之英灵及遗眷谢罪。”
同一天，日本天皇发布诏书，命令日本军队“立即停止敌对行为，放下武器”，着实履行投降书上的一切条款。日本新任首相东久迩宫稔彦王向全国发表文告，要求国民“秉承天皇圣旨”“正式投降，唯有顺从”。
9月3日被定为中国抗日战争胜利纪念日。此后，中国各战区分别举行日本投降签字仪式。
9月8日，美军曼哈顿工程区司令格罗夫斯的助手法雷尔率领美军调查团抵达广岛。令这些美国人感到意外的是，广岛人并没有表现出特别不满的敌对情绪。来自东京的核辐射专家津津木雅教授向调查团简要介绍了情况。死亡人数太多了，除了烧伤、炸死和核辐射外，津津木雅暗示说，许多人莫名其妙地死了，他进一步猜测美军的原子弹中是不是含有毒气。
法雷尔不得不给津津木雅讲明原子弹的结构，以便说明原子弹中不可能含有毒气。随后，津津木雅开始涉及主要话题：在广岛居住是否安全。对此，法雷尔说一切要等调查后才能作出结论。如果在广岛绝对不安全的话，他们的调查组也不会来到这个地方。
在法雷尔的安排下，科学家们携带各种仪器分成多个小组，分别到不同的地方调查。在离爆炸中心2.5公里的地方，塞伯尔在1处断壁上发现了1处烧焦的痕迹，他很高兴，这说明他们事先估计的燃烧量是正确的。
莫里森在红十字医院里发现了1个与近处格子推窗相同的十字形图案，他确信炸弹起爆的高度和在洛斯阿拉莫斯的计算十分接近。在日军的1个司令部里，向导告诉莫里森说，爆炸时，护城河里的睡莲变成了黑色，但后来又活了。莫里森经过仔细观察，睡莲仍在生长，这说明土壤中没有渗入放射性元素，否则它早就死了。
9月9日9时，中国战区日军投降签字仪式在南京国民政府中央军校大礼堂举行。受降席居中座的是中国国民革命军陆军总司令何应钦，左为海军上将陈绍宽、空军上将张廷孟，右为陆军二级上将顾祝同、陆军中将萧毅肃。投降席上坐着日本中国派遣军总司令冈村宁次、驻华日军总参谋长小林茂三郎、副总参谋长今井武夫等7人。参加受降仪式的中国方面，还有国民党将领汤恩伯、王懋功、李明扬、郑洞国等。盟军将领有美军麦克鲁中将、柏德勒少将，英军海斯中将等。
9时04分，何应钦命冈村呈验签降代表证件。接着，何应钦将日本投降书中日文本各一份交陆军总参谋长萧毅肃转交冈村。冈村双手捧接，低头。小林茂三郎则在一旁替他磨墨。冈村阅毕，提笔写上自己的名字，并从上衣口袋内取出印章，盖在名下，低头俯视降书达50秒钟。可能是由于紧张，冈村的印章盖歪了。小林将冈村签名盖章的降书呈交何应钦。随后，冈村起身肃立向何应钦深鞠一躬。
9时10分，中国战区日本受降仪式完毕，日本代表退出会场。受降仪式结束后，何应钦向全国及全世界发表广播讲话：“敬告全国同胞及全世界人士，中国战区日本投降签字仪式已于9日上午9时在南京顺利完成，这是中国历史上最有意义的一个日子，这是8年抗战的结果。从此，中国将走上和平建设大道，开创中华民族复兴的伟业。”
9月11日，美军来到东条英机的住所，宣布对他实施逮捕。东条试图用手枪自杀，但他的枪法太不准了，子弹竟没射中心脏。这个战争狂人不但没有逃脱法律和正义的裁决，还引来了一阵嘲笑和斥骂。东条被捕的次日早晨，曾参与策划太平洋战争的日本陆军元帅杉山元也用手枪自杀了。时隔不久，日本开战前夕下台的首相近卫文麿担心成为战犯在狱中度过余生，于是服毒自尽。