陸軍部長史汀生受命全權負責這項工作。他很快便成立了一個代號為"s－11"的特別委員會，其主要任務是進行原子彈研製的前期理論準備工作。由於第二次世界大戰的爆發和戰事的不斷擴大，美國更加認識到了研製原子彈的必要性和迫切性。與此同時，英國也開始了這方麵的研製工作。到1941年12月6日，美國正式製定了代號為"曼哈頓"的絕密計劃。羅斯福總統賦予這一計劃以"高於一切行動的特別優先權"。"曼哈頓"計劃規模大得驚人。由於當時還不知道分裂鈾235的3種方法哪種最好，隻得用3種方法同時進行裂變工作。這項複雜的工程成了美國科學的熔爐，在"曼哈頓"工程管理區內，匯集了以奧本海默為首的一大批來自世界各國的科學家。科學家人數之多簡直難以想像，在某些部門，帶博士頭銜的人甚至比一般工作人員還要多，而且其中不乏諾貝爾獎得主。"曼哈頓"工程在頂峰時期曾經起用了53.9萬人，總耗資高達25億美元。這是在此之前任何一次武其實驗所無法比擬的。
為了保證新武其實驗的安全，工程管理區內製定了非常嚴格的保密措施。所有郵件都要經過嚴格檢查，來往電話一律受到監聽，工作人員的家屬隻知道他們唯一的通信地址：美國陸軍郵政信箱1663號。參加研製的絕大多數人隻了解自己的份內工作，而對其他工作一無所知。許多人到研製工作結束時還不知自己是在研製原子彈。
有趣的是，當時擔任國會議員，後來繼任美國總統的杜魯門聽到了一些關於"曼哈頓"計劃的傳聞。為了弄清"納稅人的錢花得是否值得"，他曾試圖調查工程區內"那些神秘的巨大建築裏到底在幹什麽？"得到的回答是："杜魯門先生，最好停止您的調查，這樣我們--包括羅斯福總統--都會感到很高興的。"碰了軟釘子的杜魯門隻好作罷。他後來擔任了美國副總統，對此事仍然一無所知。這一秘密對他一直保守到羅斯福去逝而由他繼任總統的那一天。
為了加快研製進程，陸軍部還成立了"阿爾索斯"特別行動小組，專門在全世界收集有關研製原子彈方麵的情報。"阿爾索斯"小組一個意外的發現使美國政府大為震驚：種種跡象表明，德國的原子彈研製工作已經取得了相當的進展，按照當時德國的技術力量，在研製方麵領先於美國並非不可能的事。羅斯福感到了問題的嚴重性。他一方麵決定"曼哈頓"計劃由英、美兩國聯合執行，以加強技術力量，並追加大量投資，保證研製工作的速度，另一方麵命令美國的情報機構詳細偵察德國原子彈的研製情況，一旦發現起研究機構和工廠，必須不惜一切代價予以摧毀。
1943年2月，美國發現德國在挪威設立了秘密工廠，生產重水--製造原子彈的重要原料。盟軍在挪威抵抗運動戰士協助下，很快便破壞了工廠的設備。5個月後，工廠重新開工。同年11月16日，美國出動了400多架飛機組成的強大機群，又將該廠徹底摧毀。1944年1月，英國情報人員偵悉：德國打算將已造出的重水秘密運往本土。當運送重水的人員乘船準備渡過廷湖時，渡船操縱係統突然失靈，並漸漸開始下沉。船上的德國押運人員驚慌失措，想盡辦法也未能阻止船體下沉，最終船上的重水全部沉到了湖中。其實這是盟軍特工人員事先已對渡船做了手腳的結果。
1944年6月，"阿爾索斯"小組又發現在法國北部一個叫黑興堡的小鎮附近有德國製造原子彈的一個基地。盟軍司令部派遣了一支突擊分隊，秘密潛入德軍占領區，突然出現在黑興堡鎮，破壞了基地設施，並將兩名奧籍原子專家帶回了英國。
在此期間，美國曾獲知日本也在進行"鈾彈"的研製，但其研製工作一直沒有突破性的進展，因此美國對此並沒有採取什麽行動。
"曼哈頓"計劃實施1年之後，美國原子彈的研製工作已取得了巨大進展。1942年12月，美國科學家成功地完成了鈾235的鏈式反應實驗。到1945年初，大的技術問題都已解決，隻剩下組裝成彈過程中的一些細節問題。
1945年7月16日5時30分，美國研製成功的第1顆綽號為"大男孩"的原子彈在新墨西哥州的沙漠地區爆炸成功，其威力相當於2萬噸tnt當量。
正在波茨坦進行首腦會晤的杜魯門得知原子彈爆炸成功的消息後十分高興。第二天，陸軍部長史汀生專程飛到波茨坦，向總統詳細匯報了實驗的情況。這時，美國除了已用於實驗的那顆原子彈外，還擁有兩顆，一顆是用鈾作裂變材料的，綽號為"小男孩"；另一顆是以鈽作裂變材料的，綽號為"胖子"。
29歲的上校和第509混成大隊
1944年9月18日，美國空軍第2航空隊司令部。
烏澤爾·恩特少將端坐在辦公桌前，不遠處筆直地站著1名空軍中校。"從今天氣，你將被晉升為上校，並將領導一個新組建的第509混成大隊，"將軍嚴肅地說，"你得把部隊裝備全部準備好，去投擲一件新研製的，被稱作原子彈的秘密武器。你得把它裝到飛機上去，決定採取什麽策略、訓練方法和投擲彈道以及其他的一切事，都將是你任務中的一部分。""可是，"中校遲疑了一下，"就這些嗎？""至於原子彈，我也知之不多，一會兒將會有技術人員給你作專門介紹。"少將又補充道，"這將成為一件大事，我想它有能力結束這場戰爭。"
為了保證新武其實驗的安全，工程管理區內製定了非常嚴格的保密措施。所有郵件都要經過嚴格檢查，來往電話一律受到監聽，工作人員的家屬隻知道他們唯一的通信地址：美國陸軍郵政信箱1663號。參加研製的絕大多數人隻了解自己的份內工作，而對其他工作一無所知。許多人到研製工作結束時還不知自己是在研製原子彈。
有趣的是，當時擔任國會議員，後來繼任美國總統的杜魯門聽到了一些關於"曼哈頓"計劃的傳聞。為了弄清"納稅人的錢花得是否值得"，他曾試圖調查工程區內"那些神秘的巨大建築裏到底在幹什麽？"得到的回答是："杜魯門先生，最好停止您的調查，這樣我們--包括羅斯福總統--都會感到很高興的。"碰了軟釘子的杜魯門隻好作罷。他後來擔任了美國副總統，對此事仍然一無所知。這一秘密對他一直保守到羅斯福去逝而由他繼任總統的那一天。
為了加快研製進程，陸軍部還成立了"阿爾索斯"特別行動小組，專門在全世界收集有關研製原子彈方麵的情報。"阿爾索斯"小組一個意外的發現使美國政府大為震驚：種種跡象表明，德國的原子彈研製工作已經取得了相當的進展，按照當時德國的技術力量，在研製方麵領先於美國並非不可能的事。羅斯福感到了問題的嚴重性。他一方麵決定"曼哈頓"計劃由英、美兩國聯合執行，以加強技術力量，並追加大量投資，保證研製工作的速度，另一方麵命令美國的情報機構詳細偵察德國原子彈的研製情況，一旦發現起研究機構和工廠，必須不惜一切代價予以摧毀。
1943年2月，美國發現德國在挪威設立了秘密工廠，生產重水--製造原子彈的重要原料。盟軍在挪威抵抗運動戰士協助下，很快便破壞了工廠的設備。5個月後，工廠重新開工。同年11月16日，美國出動了400多架飛機組成的強大機群，又將該廠徹底摧毀。1944年1月，英國情報人員偵悉：德國打算將已造出的重水秘密運往本土。當運送重水的人員乘船準備渡過廷湖時，渡船操縱係統突然失靈，並漸漸開始下沉。船上的德國押運人員驚慌失措，想盡辦法也未能阻止船體下沉，最終船上的重水全部沉到了湖中。其實這是盟軍特工人員事先已對渡船做了手腳的結果。
1944年6月，"阿爾索斯"小組又發現在法國北部一個叫黑興堡的小鎮附近有德國製造原子彈的一個基地。盟軍司令部派遣了一支突擊分隊，秘密潛入德軍占領區，突然出現在黑興堡鎮，破壞了基地設施，並將兩名奧籍原子專家帶回了英國。
在此期間，美國曾獲知日本也在進行"鈾彈"的研製，但其研製工作一直沒有突破性的進展，因此美國對此並沒有採取什麽行動。
"曼哈頓"計劃實施1年之後，美國原子彈的研製工作已取得了巨大進展。1942年12月，美國科學家成功地完成了鈾235的鏈式反應實驗。到1945年初，大的技術問題都已解決，隻剩下組裝成彈過程中的一些細節問題。
1945年7月16日5時30分，美國研製成功的第1顆綽號為"大男孩"的原子彈在新墨西哥州的沙漠地區爆炸成功，其威力相當於2萬噸tnt當量。
正在波茨坦進行首腦會晤的杜魯門得知原子彈爆炸成功的消息後十分高興。第二天，陸軍部長史汀生專程飛到波茨坦，向總統詳細匯報了實驗的情況。這時，美國除了已用於實驗的那顆原子彈外，還擁有兩顆，一顆是用鈾作裂變材料的，綽號為"小男孩"；另一顆是以鈽作裂變材料的，綽號為"胖子"。
29歲的上校和第509混成大隊
1944年9月18日，美國空軍第2航空隊司令部。
烏澤爾·恩特少將端坐在辦公桌前，不遠處筆直地站著1名空軍中校。"從今天氣，你將被晉升為上校，並將領導一個新組建的第509混成大隊，"將軍嚴肅地說，"你得把部隊裝備全部準備好，去投擲一件新研製的，被稱作原子彈的秘密武器。你得把它裝到飛機上去，決定採取什麽策略、訓練方法和投擲彈道以及其他的一切事，都將是你任務中的一部分。""可是，"中校遲疑了一下，"就這些嗎？""至於原子彈，我也知之不多，一會兒將會有技術人員給你作專門介紹。"少將又補充道，"這將成為一件大事，我想它有能力結束這場戰爭。"