25日午後7時45分、オバマ米大統領の専用機「エアフォースワン」が中部国際空港（愛知県常滑市）の滑走路に降りた。オバマ大統領はここでヘリコプターに乗り換え、三重県志摩市の賢島に向かった。安倍晋三首相と首脳会談をするためだ。
午後9時30分に始まった日米首脳会談は約1時間後に終わり、両首脳は記者たちの前に立った。オバマ大統領は「地域の平和と安全保障を強化するため努力し、北朝鮮の核の脅威に対抗して抑止力を強化しようということで合意した」と北朝鮮の核問題に言及した。さらに、中国が軍事拠点化を試みている南シナ海問題については、「航行の自由のために努力することにした」と述べた。
安倍首相は「オバマ大統領が現職の米大統領として初めて広島を訪問するという決断を心から歓迎している。核兵器を使用した唯一の国（米国）と核の被害に遭った唯一の国（日本）の首脳として、原爆で犠牲になったすべての市民に哀悼の誠をささげる。（両国の努力が）『核兵器のない世界』を作っていくのに大きな力となるだろう」と語った。
日米首脳会談は当初、今回の主要7カ国（G7）首脳会議（伊勢志摩サミット）開幕に合わせて26日に開かれる予定だったが、オバマ大統領訪日を前に沖縄県で米軍属による日本人女性性的暴行・殺害事件が発生したために一日繰り上げられた。このため、オバマ大統領の日本到着から1時間45分後に安倍首相との首脳会談が開かれた。両国首脳の記者会見も半分以上が「米軍関係者による犯罪の再発防止のため最善を尽くす」と強調するのに費やされた。共同通信は「沖縄の事件で、米軍基地に対する反発が広がれば、オバマ大統領の広島訪問を通じて両国のきずなを見せようというシナリオに支障が出るかもしれない」と報道した。
オバマ大統領は今回の訪日前にベトナムを訪れた。同大統領は23日、ベトナムのチャン・ダイ・クアン国家主席と会談し、50年余り続いてきた武器禁輸措置を全面解除して「100年の旅路を共に歩こう」と述べた。続く25日には安倍首相と日米同盟の強化案や南シナ海問題を掘り下げて話し合った。