已经超过了科学研究机构的能力。当时美国经济已经转向战争，没有一家工业公司能在短期内完成有关生产设施的建设。美国核研究的负责人之一布什认为，只有军队以最高优先权，才能在战争结束前生产出核原料来。一九四二年三月九日，他在给罗斯福总统的报告中，强调了原子弹的光明前景，提出把全部的研制和生产管理移交给军队。六月十七日，布什给罗斯福准备了一份将核计划全部交给军队领导执行的详细报告。罗斯福立即批复了布什的报告。
在参谋长联席会议成员马歇尔的支持下，美**方同意按负责铀研究的一个机构也就是S－1委员会的建议，开始建设四种分别采用不同方法的铀同位素分离工厂和其他的研制、生产基地。军队把整个计划取名为“代用材料发展实验室”，指派美**事工程部的马歇尔上校负责全部行动。
由于马歇尔上校循规蹈矩，与科学顾问们又合不来，使研究计划优先权的升级和气体分离工厂地址的选择拖延了两个月。九月，政府战时办公室和军队高层领导决定，领导修建美国国防部大楼五角大楼的格罗夫斯上校接替马歇尔上校。格罗夫斯在赴任之前，被提升为准将。
格罗夫斯在上任后不到四十八小时内就成功地把计划的优先权升为最高级，并选定田纳西州的橡树岭作为铀同位素分离工厂基地。因为马歇尔上校的总办公室最初将设在纽约城，他们决定把新管区的名称命名为“曼哈顿”。于是，“曼哈顿工程区”就这样诞生了。美国整个核研究计划不久后取名为“曼哈顿计划”。
曼哈顿计划的最终目标是赶在战争结束以前造出原子弹。虽然在这个计划以前，S－1执行委员会就肯定了它的可行性，但要实现这一新的爆炸，还有大量的理论和工程技术问题需要解决。在劳伦斯、康普顿等人的推荐下，格罗夫斯请奥本海默负责这一工作。为了使原子弹研究计划能够顺利完成，根据奥本海默的建议，军事当局决定建立一个新的快中子反应和原子弹结构研究基地，这就是后来闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室。奥本海默凭着他的才能与智慧，以及他对于原子弹的深刻洞察力，被任命为洛斯阿拉莫斯实验室主任。正是由于这样一个至关重要的任命，才使他在日后赢得了美国“原子弹之父”的称号。
奥本海默开始时对困难估计不足，认为只要六名物理学家和一百多名工程技术人员就足够了。但实验室到一九四五年时，发展到拥有两千多名文职研究人员和三千多名军事人员，其中包括一千多名科学家。
鉴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名义上的管理单位和合同保证单位，基地的军队负责实验室建设、后勤供应和安全保障。这就保证了实验室内部的自由学术讨论。奥本海默鼓励科学家们大胆地讨论原子弹的有关科学问题，提出即使看门人的意见，也会对原子弹的成功有一定的帮助。奥本海默注意倾听任何人的意见，掌握着整个实验进程。有些参与核研究的物理学家后来回忆说，他们自己甚至都不如奥本海默清楚自己工作的细节和进展。在很多问题上，都是由于奥本海默的决断才取得突破，保证了原子弹研制时间表的执行。奥本海默在科学家、普通职工和政府官员中的威望越来越高。洛斯阿拉莫斯素有“诺贝尔奖获得者集中营”之誉，人们称奥本海默为这个集中营的“营长”。奥本海默没有获过诺贝尔奖，却拥有如此高的个人威望，他的组织才能与人格魅力由此可见一斑。
在“曼哈顿工程区”工作的十五万人当中，只有十二个人知道全盘的计划。其实，全体人员中很少有人知道他们是在从事制造原子弹的工作。例如，洛斯阿拉莫斯计算中心长时期内进行复杂的计算，但大部分工作人员不了解这些工作的实际意义。由于他们不知道工作目的，所以也就不可能使他们对工作发生真正的兴趣。后来，有一个年轻的说明了他们是在做什么样的工作。此后，这里的工作达到了**，并且有许多工作人员自愿留下来加班加点。经过全体人员的艰苦努力，原子弹的许多技术与工程问题得到解决。
一九四五年七月十五日凌晨五点三十分，世界上第一颗原子弹试验成功。八月六日和八月九日，美国分别在日本的广岛和长崎投下了原子弹。随着苏联军队出兵我国东北，日本天皇于十四日宣布无条件投降，第二次世界大战结束了。
曼哈顿计划不仅造出了原子弹，也留下了十四亿美元的财产，包括一个具有九千人的洛斯阿拉莫斯核武器实验室；一个具有三万六千人、价值九亿美元的橡树岭铀材料生产工厂和附带的一个实验室；一个具有一万七千多人、价值三亿多美元的汉福特钚材料生产工厂，以及分布在伯克利和芝加哥等地的实验室。
一九四六年七月，在原子弹研制成功一周年之际，美国参、众两院经过激烈的争论，通过了一项由参议员麦克马洪提出的议案。杜鲁
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