25 lutego 1937 roku wstąpił do Korpusu Powietrznego Wojsk Lądowych Stanów Zjednoczonych. W 1938 ukończył szkolenie lotnicze na Kelly Field w Teksasie. Po nalocie japońskiego lotnictwa marynarki na Pearl Harbor otrzymał przeszkolenie w pilotażu samolotu bombowego Boeing B-17 Flying Fortress – najnowszego amerykańskiego bombowca czterosilnikowego. W lipcu 1942 roku trafił do Polebrooku w hrabstwie Northamptonshire. 17 sierpnia 1942 roku o godzinie 15.30 uznawany za najlepszego pilota całej 97. Grupy Bombowej major Paul Tibbets wyruszył na pierwszy lot bojowy: nalot na stację rozrządową w Rouen. Leciał wówczas B-17 o nazwie „Butcher Shop” (nie była to jego stała maszyna; regularnie latał „Red Gremlinem”, w którego załodze znajdowali się także bombardier Thomas Ferebee i nawigator Theodore Van Kirk, towarzysze Tibbetsa z nalotu na Hiroszimę)). left|thumb|Tibbets w kabinie „Enoli Gay” 2 listopada 1942 roku rozpoczął wykonywanie tajnej misji specjalnego znaczenia. Tego dnia Tibbets w „Red Gremlinie”, wraz z czterema innymi B-17, przeleciał z Polebrooku w rejon Bournemouth. Nazajutrz w to samo miejsce przybył pociągiem Dwight Eisenhower ze swoim sztabem. Eisenhower zmierzał do Gibraltaru w ramach przygotowań do operacji Torch. Tibbets wystartował pomimo fatalnej pogody. Operacja rozpoczęła się 8 listopada.