美国分别于 1945 年 8 月 6 日和 9 日在日本城市广岛和长崎引爆了两颗原子弹。这两起爆炸造成 129,000 至 226,000 人死亡，其中大多数是平民，并且仍然是武装冲突中唯一使用核武器的事件。

在第二次世界大战的最后一年，盟军准备对日本本土进行代价高昂的入侵。在此之前，一场传统的燃烧弹袭击摧毁了 64 个日本城市。欧洲战争于 1945 年 5 月 8 日德国投降时结束，盟军将全部注意力转向太平洋战争。到 1945 年 7 月，盟军的曼哈顿计划已经生产了两种类型的原子弹：“胖子”，一种钚内爆型核武器；和“小男孩”，一种浓缩铀炮式裂变武器。美国陆军航空兵第 509 复合大队接受了训练并配备了波音 B-29 超级堡垒的专用银板版本，并部署到马里亚纳群岛的天宁岛。盟军在 1945 年 7 月 26 日的波茨坦宣言中呼吁日本帝国武装部队无条件投降，替代方案是“立即彻底摧毁”。日本政府选择无视最后通牒。

根据《魁北克协定》的要求，轰炸获得了联合王国的同意，美国陆军代理参谋长托马斯·汉迪将军于 7 月 25 日下令使用原子弹对付广岛、小仓、新泻、长崎。选择这些目标是因为它们是大型城市地区，也拥有重要的军事设施。 8 月 6 日，一个小男孩被投放到广岛，铃木首相重申日本政府承诺无视盟军的要求并继续战斗。三天后，一个胖子被投放到长崎。在接下来的两到四个月里，原子弹爆炸的影响在广岛造成了 90,000 到 146,000 人死亡，在长崎造成 39,000 到 80,000 人死亡；大约一半发生在第一天。几个月后，许多人继续死于烧伤、放射病和受伤的影响，再加上疾病和营养不良。尽管广岛有相当大的驻军，但大多数死者都是平民。

8 月 15 日，在苏联宣战和轰炸长崎六天后，日本向盟军投降。日本政府于 9 月 2 日签署投降书，有效地结束了战争。学者们广泛研究了爆炸事件对后来世界历史和流行文化的社会和政治特征的影响，关于爆炸事件的伦理和法律正当性仍有很多争论。支持者认为，原子弹爆炸对于以最小的伤亡迅速结束战争是必要的；批评者质疑日本政府是如何投降的，并强调核武器的道德和伦理影响以及对平民造成的死亡。

1945 年 3 月 9 日/10 日晚上，美国陆军航空队 (USAAF) 对日本首都东京进行了毁灭性的燃烧弹袭击。这次袭击被美国空军代号为会议室行动，在日本被称为东京大空袭。 279 架波音 B-29 超级堡垒重型轰炸机投下的炸弹烧毁了东京东部的大部分地区。超过 90,000 甚至可能超过 100,000 名日本人丧生，其中大部分是平民，100 万人无家可归，成为人类历史上最具破坏性的一次空袭。日本的空中和民防在很大程度上被证明是不够的。损失了 14 架美国飞机和 96 名飞行员。

对东京的袭击是 1944 年 6 月开始的对日本空袭的加强。在这次行动之前，美国空军一直专注于对日本工业设施的精确轰炸行动。这些袭击通常不成功，这促成了转向燃烧弹的决定。 3 月 10 日凌晨的行动是对日本城市的第一次大规模燃烧弹袭击，美国空军部队采用了与精确袭击截然不同的战术，包括夜间轰炸，飞机在低空飞行。突袭造成的广泛破坏导致这些战术成为美国空军 B-29 的标准，直到战争结束。

关于 3 月 10 日东京燃烧弹的道德问题一直存在长期争论。这次袭击经常被引用为批评盟军战略轰炸行动的一个关键例子，许多历史学家和评论员认为美国空军故意针对平民是不可接受的，而其他历史学家则表示美国空军别无选择，只能鉴于精确轰炸行动失败，改变了区域轰炸战术。人们普遍承认，针对东京和随后类似袭击的战术在军事上是成功的。这次袭击在两个官方纪念馆、几个社区纪念馆和一个私人经营的博物馆中进行了纪念。