其中，一枚原子弹投掷失误，命中东京台场，仅造成大量普通军民死伤。另一枚核弹则成功直击皇宫、海军省、陆军参谋本部等要害部门云集的千代田区永田町，给日本帝国的统治中枢造成了毁灭性打击。
根据事发之后第一时间进行的调查，日本的裕仁天皇、米内光政首相、全体内阁大臣、所有皇室直系成员，包括当时在皇宫破格参加御前会议的联合舰队司令长官山本五十六元帅，均在本次核爆之中死无全尸。
日本陆军省、陆军参谋本部、海军省、海军军令部、外务省、大藏省等要害机关，亦被核爆摧毁，战时大本营的绝大部分成员皆当场死亡，或是在被救出废墟不久之后死于辐射餐沙林毒气后遗症……
宪兵司令，前首相东条英机，在原子弹坠落的当时恰巧远离爆心，所以最初仅受轻伤。但在得知天皇驾崩，日本军政机关尽数覆灭之后，东条英机前首相一时间精神崩溃，举枪自尽。
至此，日本帝国的中央政权彻底崩溃，数百万帝国海陆军部队陷入群龙无首的混乱状态。
而对东京投掷核弹、执行这一斩首战术的两架b-29战略远程轰炸机，其中一架受到核爆气浪冲击失控，坠毁于东京近郊，机组人员全数当场死亡。另一架b-29战略远程轰炸机则成功逃离，在燃油耗尽之时按照预定计划，成功迫降于日本列岛以东八百公里的海面，漂流一天之后被美国潜艇“大青花鱼”号救起。
顺利回国之后，全体机组人员均被授予国会荣誉勋章，并且被杜鲁门总统邀请至白宫参加晚宴。
十月二日当天傍晚，在确认了核爆成功的消息之后，杜鲁门总统得意洋洋地在国会山发表演说，宣扬核爆东京的伟大胜利，并且敦促日本方面尽快无条件投降。夜晚，纽约市民自发组织了庆祝胜利的大游行。
十月三日，哈尔西上将率领美国太平洋舰队主力，突然出现于千岛群岛海域，并空袭北海道岛和本州岛东北部的青森、仙台等地，仅遭到地面高炮部队和部分陆军飞行队的自发性抵抗，损失轻微。
同日，日本列岛全境铁路停运，部分电报电话线路停发，交通航运陷入全面瘫痪和混乱状态。
接下来的几日内，哈尔西舰队继续冒险抵近日本沿海，甚至在十月七日试探性地炮击了北海道的室兰港，驻守本土东北部的日本海军舰队失去统一指挥，纷纷向日本西部的吴港、佐世保两大镇守府逃亡。
十月五日，重庆国民政府再次爆发军事政变，刚刚上台的亲日派领袖何应钦被软禁，下野仅七天的蒋委员长成功复位，重新举起抗日大旗，宣称要在美国盟友的支持之下，将抗战剿匪大业进行到底。
而滇军和桂军也发表通电，祝贺蒋委员长拨乱反正，并且同意重新举行和谈，避免国民政府崩溃reads;心理支配者2。
在何应钦主政时期，短暂地遭到逮捕和囚禁的盟军中国战区参谋长，约瑟夫.史迪威中将，在这一天还没弄明白究竟发生了什么事，就被释放出白公馆秘密监狱，然后被蒋委员长请进黄山别墅，享受国宴款待。
同日中午，四川十成都城因为内部的混乱和瓦解，被一支规模不大的红军游击队轻易攻陷。
十月六日，受到核爆东京成功的激励，美国海军陆战队第一师在西南太平洋发起大规模进攻，登陆斐济群岛首府所在的维提岛，与守岛日军展开激战。同日，美国海军航空兵轰炸了新喀里多尼亚岛的首府努美阿，并且严重破坏了岛上开采的镍矿和运输矿石的窄轨铁路系统。
十月七日，哈尔西舰队组织海军航空兵，对日本各大城市发起“纸片轰炸”，投掷大量紧急印刷的传单，向日本人宣称天皇已死、旧政权已经崩溃，恐吓其尽快无条件投降，否则将有更多原子弹在日本列岛落下。
十月八日，一支美国分舰队从宗谷海峡冒险突入日本海，击毁和俘获日本商船三艘。十月九日，该舰队炮击秋田港，击毁日军老式海防炮舰一艘，但随即遭到空袭，一艘驱逐舰沉没。
十月十日，在整个日本帝国的一片混乱之中，“日本国临时政府”于京都成立，老牌政客近卫文磨被一致公推为临时政府首相。由于时间过于仓促，以及各方参与势力的意见不一致，京都的这个临时政府甚至连究竟是沿袭君主制还是改行共和制，如果沿袭君主制又该拥立何人为天皇，居然暂时都还没敲定下来。
唯一明确的是，这个“日本国临时政府”在成立的同时，就代表日本宣布向美军无条件投降，要求全体军民“忍辱负重，以国家社稷为考量”，停止抵抗，并且搜缴武器，封存弹药，静待美军接管。
在投降通电发出后，只有极少数的几个县，宣布承认京都的临时政府，大多数府县保持观望状态。
十月十二日，关东军司令梅津美治郎，华北方面军司令冈村宁次，朝鲜总督小矶国昭联名发布通电，宣布不承认京都的“伪政府”，斥其为逆贼，号召日本军民“奋发崛起，天诛国♂贼”。
但颇为微妙的是，台湾总督安藤利吉却承认了京都的“日本国临时政府”。而坐镇南京的中国派遣军司令部，还有在汪精卫死后，继任主政南京国民政府的陈公博，则对此表示了耐人寻味的沉默。
十月十四日，一群少壮派青年军官，在工业重镇名古屋成立“讨贼军”，推举退役陆军中将，满