从1940年7月以后，福勒博士奉命陆续将英国在原子能研究方面的发展通知有关方面，并告知有可能在战争结束前造出原子弹，才引起华盛顿当局的注意。最后，终于在1941年12月6日，即日本偷袭珍珠港的前一天才正式颁命设置机构从事发展原子弹的计划。
美国这项发展原子弹的计划，是一项政治冒险计划。在国际上，它是继德国生产V型火箭之后的第二次由国家出面组织的巨大工程。按着这个计划，当时美国把大量的人力、物力都转移到了这一有可能要失败的项目上来。很多正在从事发展的雷达、潜艇探测、自动瞄准武器以及其他数不尽的急迫项目的优秀科技工作者，以及大批的技术工人都被调到这个岗位上。大量的战略物资也都转用于这项工业体系的建立上。美国的原子弹计划就这样悄悄地开始了。
对科学工作的保密、保安及新闻检查制度，随着原子弹计划的推进也越来越严密；这时候，已经完全不像大战前西拉德那样的自发行为或自我审查，而是实行强制性的保密措施。科学探索成了军事机密的重要部分。
1942年9月，政府战时办公室和军队领导决定把核计划交给格罗夫斯上校，并在不久之后把他提升为准将。格罗夫斯上任后48小时之内就成功地把计划的优先权升为最高级，选定了在田纳西州橡树岭作为铀同位素分离设施铀同位素分离工厂基地。美国整个核研究计划命名为“曼哈顿计划”。
在美国的核研究中，有一半以上的物理学家是刚从欧洲逃到美国的，格罗夫斯认识到核研究是当时科学研究的最高峰，如果把这些优秀人才拒之门外，美国的原子弹计划就将成为泡影。他从美国的国家利益出发，团结了这批人，来为自己的总战略和目标服务。不仅如此，即使政治上曾表现左倾的人，格罗夫斯也不犯忌讳，能团结并充分信任他们，给他们担当重任。
“原子弹之父”——罗伯特·奥本海默，即于1942年春天，应邀到芝加哥大学物理系讨论快中子与核的相互作用和原子弹问题，后被正式任命为“金属计划”理论部主任，组织讨论原子弹模型。
经过康普顿等几个著名科学家的推荐，格罗夫斯在史汀生的批准下，他们正式选定奥本海默担任原子弹实验室主任，并负责整个曼哈顿计划的科学协调。后来，1943年7月20日，格罗夫斯还亲自下令澄清了奥本海默等曼哈顿计划的科学家们的情况，进行了严密的监视，并作了详细的记录。军事当局同意奥本海默的建议，决定建立一个新的原子弹结构研究基地，在军事工程部的帮助下，奥本海默与格罗夫斯选择洛斯—阿拉莫斯作为新的实验基地。
由于大多数科学家都反对实验室的军事化，格罗夫斯同意加州大学成为洛斯—阿拉莫斯实验室名义上的管理单位和合同保证单位，从而保证了研究室内部的自由学术讨论。由基地的军队负责实验室建设、后勤供应和安全保障。
洛斯-阿拉莫斯在新墨西哥州的一片沙漠环绕的大山之中，距离最近的小镇约48千米，是一个十分闭塞的地方。这里原有一所小学，附近还有农场。当奥本海默他们选定这里后，美国军事工程部和其他军事单位合作立即开始了紧急的工程建设，奥本海默等一批科学家也带着小型加速器等仪器设备不断地进入实“橡树岭”地区的工厂建筑验室。他们开始时对困难估计不足，认为只要6名物理学家和100多名工程技术人员就够了。但实验室到1945年时，发展到拥有2000多名文职研究人员和3000多名军事人员，其中包括1000多名科学家。
罗斯福总统在1942年为原子弹计划批准了4亿美元财政支待，其中2.2亿为曼哈顿计划研究费用，1.8亿为原材料采购费。在以后几年的工作中，为这项计划追加的投资远远超过了当初的计划。美国全国都为这个计划作出牺牲，橡树岭核工厂曾一度耗用了美国电力供应的10％。洛斯—阿拉莫斯的科学家负责整个计划的协调，他们在交通方面拥有比国会议员还要高的优先权。在洛斯-阿拉莫斯，军队一方面强化安全检查制度，另一方面尽量地为科学家和他们的家属创造良好的生活条件，成为美国历史上科学家和军队最成功的一次合作。
在芝加哥大学为第一座核反应堆做出贡献的专家们，前排左一为费米洛斯-阿拉莫斯等核研究基地，几乎集中了美国全国所有的优秀核科学家及有关学科的专家，他们自愿放弃自己的研究而跑到那里做一些很具体的技术工作，有的甚至为原子弹的研究献出了生命。此外，这项工程浩大的核计划还召集了大批优秀的青年学生，他们把自己的青春年华交给了核武器实验室，其创造性的工作和旺盛的斗志，大大加快了原子弹研究的进程。
原子能的释放，在实验室里已经被科学家认识到了，但它在实际应用当中能否成功以及究竟有多大威力，至此，还是个谜。