爱因斯坦等科学家的呼吁下，经过几年努力，终于试制成功了第一颗原子弹。8月6日，在日本拒绝接受《波茨坦公告》后第13天，美国空军在日本广岛投下第一颗原子弹，广岛成为一片废墟。8月8日，莫洛托夫召见日本大使佐藤，将苏联向日本的宣战书交付于他，并声明次日生效。这对一心期望苏联出面调停的日本政府又是沉重的一击。8月9日，美国空军又在长崎扔下第二颗原子弹。同一天，苏联红军150万人和部分蒙古人民共和国部队，在远东部队司令员华西列夫斯基元帅指挥下，对盘踞在中国东北地区的80万日本关东军发起强大攻势。8月11日，苏军越过北纬50度分界线，进入库页岛南部。8月18日起，苏军在千岛群岛登陆，9月初攻占国后、色丹两岛后宣布停止进攻。苏军参战不到四周，便全歼中国东北的关东军和朝鲜北部的日军驻屯军，击毙日军8万余人，俘虏日军近60万人，缴获大炮1560多门、坦克600余辆、飞机800多架，为促成日本无条件投降作出重要贡献。

    8月9日，日本最高战争指导会议在皇宫的防空洞里举行，陆相阿南惟几、陆军参谋总长梅津美治郎、海军军令部长丰田副武坚决反对无条件投降，要求除维护天皇体制外，还必须附带三个条件：日本自行处理战犯；日本自主解除武装；同盟国不得占领日本领土，至多用少量兵力实行短期占领。东乡茂德的另一派极力主张在保存天皇体制的前提下，无条件投降。两派发生激烈争执，最后休会，请求天皇“圣断”。在御前会议上，裕仁天皇内心早有打算，最后决定无条件投降，御前会议在8月10日凌晨2点30分结束。凌晨3点，内阁继续开会，铃木首相强调天皇已作了圣断，内阁中的强硬派只得表示同意，10日凌晨4时，内阁会议结束，日本政府正式接受《波茨坦公告》。8月10日上午，日本政府通过瑞士和瑞典政府，将日本接受《波茨坦公告》的照会转交美、英、苏、中政府。8月12日下午，日本收到了美、英、苏、中四国政府的正式复照，要求自投降之时起，日本天皇和日本政府应服从于盟军最高司令官。

    在保留天皇制度的问题上，同盟国方面实际上已同意了日方的要求，但日本内阁中的强硬派仍然反对接受同盟国的要求。8月13日上午，内阁会议又陷于僵局，只好暂时休会，请求天皇圣断。与此同时，陆相阿南惟几企图发动政变，挟持天皇以便对同盟国顽抗到底，但遭梅津美治郎的反对而作罢。8月14日上午10时50分，天皇在御前会议否定了强硬派的建议，决定接受同盟国的要求，并当场起草了停战诏书，会议于14日中午结束。宣布接受《波茨坦公告》的诏书，以及向同盟国家发出的最后接受《波茨坦公告》的电报稿，这两个文件于14日23时拍发了出去。是夜，强硬派网罗了一帮亡命徒闯入皇宫，企图劫走准备第二天播放的天皇广播诏书的录音，但他们很快被镇压，阿南陆相剖腹自杀。8月15日，日本天皇广播投降诏书。从这天起到9月中旬，散布在日本本土以外的330多万日军，陆续向同盟国投降。

    1945年8月30日，麦克阿瑟率领庞大的美英部队在日本东京附近和其他地区登陆，实现对日本的军事占领。1945年9月2日上午9时许，在停泊于东京湾的美国战列舰“密苏里号”上，举行了日本投降的签字仪式。新上台的东乡内阁的外相重光葵代表日本天皇和政府，陆军参谋总长梅津美治郎代表日本大本营，首先在投降书上签字。接着是盟军最高统帅麦克阿瑟上将、美国代表尼米兹上将、中国代表徐永昌将军、英国代表福来塞海军上将、苏联代表杰列维亚科中将以及澳、加、法、荷、新等各受降国代表依次签了字。至此，第二次世界大战终于结束。