1944年12月，美国陆军航空队第509混合飞行大队在犹他州温多弗空军基地组建。上级分配给他们的唯一任务就是演练在纳粹德国和日本投放核武器的方式。从1944年底到1945年5月，科克等人持续训练如何有效投放原子弹，为确保万无一失，每名投弹手进行至少50次惰性“南瓜”弹投放练习。纳粹德国投降后，第509混合飞行大队转移到太平洋上的天宁岛。此时整个大队都已猜到，他们的攻击目标就是日本。8月2日，总部位于关岛的美军第20航空队发出机密指令，命令第509混合飞行大队向广岛投放原子弹。科克直至行动前最后一刻才接到命令，他将作为“艾诺拉·盖”号轰炸机领航员参加行动。

　　当地时间6日凌晨2时45分，携带“小男孩”原子弹的“艾诺拉·盖”号轰炸机从天宁岛起飞。机上共有12名成员，他们当时在想些什么呢？美国《纽约时报》30日称，科克去世前曾告诉该报，人们经常问他，如果再来一次的话，是否还愿意参加核袭广岛行动。他的回答是“愿意”，“我们是在同一个危险的敌人作战，那个敌人既不投降也不接受战败的现实。日军在巴丹死亡行军、南京大屠杀和偷袭珍珠港时何曾考虑过道德？作为军人，我们想到的是美国必须以最小伤亡代价赢得战争”。

　　在航程中，科克摊开航行图，使用手持式六分仪指引飞行方向。科克晚年回忆说，这次行动相对比较容易，飞机没有遭到地面防空火力攻击，但机组成员的最大担忧是原子弹投放后引发的巨大冲击波是否会炸毁飞机？尽管存在担忧，但机组人员还是坚决执行上级命令。

　　广岛时间上午8时15分，投弹手费尔比说“我找到了”，这表明“艾诺拉·盖”号正在目标点上方。早已熟悉广岛标志性建筑物的科克确定费尔比是正确的，于是原子弹被投下，在广岛相生桥东南方的广岛病院上空600米处爆炸。《纽约时报》称，科克的导航技能使“艾诺拉·盖”号投放原子弹时间只比预定计划晚了几秒。这是人类历史上首次在军事行动中使用原子弹，美军机组人员事先也不知道这种武器的威力究竟有多大。在原子弹投下43秒之后，科克看到爆炸引发的亮光。机长蒂贝茨立即命令“艾诺拉·盖”号在空中紧急转弯，试图尽快飞离广岛，但爆炸引发的冲击波仍波及轰炸机，产生强烈震动。刚开始机组人员还以为遭到日军高射炮攻击，稍后才发现是原子弹冲击波。科克说：“整个城市那时被烟、灰尘和污垢所覆盖，可以看到大火在城市边缘燃烧。”当时他有一种如释重负的感觉，觉得战争快要结束了。

　　当天下午2时58分，执行完任务的这架轰炸机安全返回天宁岛基地，机组成员受到热烈欢迎。科克晚年在接受美国佐治亚州公共广播电台采访时说，比起美军持续空袭日本本土和计划发起登陆战役，核袭广岛和长崎其实挽救了很多人的生命。如果战争继续下去，日本本土和其他日军占领区将蒙受巨大损失。

　　值得一提的是，广岛原子弹轰炸使大量日本受害者受到了核辐射，很多人陆续因此死亡。但令人惊奇的是，“艾诺拉·盖”号机组人员却大多高寿。机长蒂贝茨2007年以92岁高龄去世；投弹手费尔比2000年逝世，终年81岁；助理武器专家莫里斯·R·杰普森以87岁高龄去世；尾炮手乔治·卡伦也活到76岁。