Nie dano mu jednak gwarancji bezpieczeństwa w takiej odległości, część bowiem naukowców twierdziła, że bezpieczną odległością jest dopiero 80 km, według innych zaś odległość bezpieczna w ogóle nie istnieje.
2 sierpnia 1945 roku pułkownik Tibbets wraz z Ferebeem i Curtisem LeMayem osobiście wybrał Hiroszimę z listy przedstawionych mu czterech możliwych celów, a następnie punkt celowania na terenie Hiroszimy: most Aioi. 6 sierpnia, otrzymawszy zgodę z Waszyngtonu, generał Carl Spaatz wydał Tibbetsowi rozkaz przeprowadzenia nalotu z użyciem bomby atomowej. Lot bojowy przebiegł bez problemów, Ferebee zwolnił bombę nad celem, a ta detonowała o godzinie 8.15 czasu lokalnego.
Po wojnie Tibbets chciał brać czynny udział w próbach broni jądrowej na atolu Bikini, nie dano mu jednak takiej możliwości; przydzielono mu jedynie rolę doradcy technicznego. W latach 1950–1952 uczestniczył w próbach bombowca o napędzie odrzutowym Boeing B-47 Stratojet w zakładach Boeinga w stanie Kansas.
Odszedł z wojska 1 września 1966 roku. W cywilu pracował jako prezes przedsiębiorstwa lotniczego Executive Jet Aviation. Ostatnie lata życia spędził w hospicjum, zmarł 1 listopada 2007 roku.