到一九四一年十二月六日，美国正式制定了代号为“曼哈顿”的绝密计划。罗斯福总统赋予这一计划以“高于一切行动的特别优先权”。“曼哈顿”计划规模大得惊人。由于当时还不知道分裂铀235的3种方法哪种最好，只得用三种方法同时进行裂变工作。这项复杂的工程成了美国科学的熔炉，在“曼哈顿”工程管理区内，汇集了以奥本海默为首的一大批来自世界各国的科学家。科学家人数之多简直难以想象，在某些部门，带博士头衔的人甚至比一般工作人员还要多，而且其中不乏诺贝尔奖得主。“曼哈顿”工程在顶峰时期曾经起用了五十…九万人，总耗资高达二十五亿美元。这是在此之前任何一次武器实验所无法比拟的。
一九四二年初，美国科学家虽然对原子弹的机制、应该努力的方向，甚至费用和时间都有了大致的构想，但核研究的庞大工程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，美国军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”，指派美国军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，这里的工作达到了高潮，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。杜鲁门于八月一日签署命令，提案开始正式生效，这就是《一九四六年原子能法令》。它标志着美国战时核计划的结束和新的过渡时期的开始，也成为和平时期整个美国原子能发展的指导纲领。《一九四六年原子能法令》正式生效后，格罗夫斯领导的曼哈顿工程在国会和政府的同意下，继续支撑着整个核计划。当美国新的原子能委员会组成后，杜鲁门决定在一九四六年的最后一天晚上十二点，将原曼哈顿工程的全部财产和权力移交给原子能委员会，从而正式开始了一个新的过渡时期。原子能委员会设有四个部：研究部，它控制一切与原子能有关的研究；生产部，它拥有并控制一切生产裂变材料和原子能的设施，组织核裂变材料的生产；工程部，它指导一切与原子能发展有关的设备和工程；军事应用部，它处理与军备有关的原子能事项。原子能委员会总部也从橡树岭迁到了华盛顿。后来，美国政府决定建立国家实验室，其中最著名的有芝加哥附近的阿贡国家实验室和纽约长岛的布鲁克海文国家实验室(BNL)。这两个实验室为高能物理的发展做出了贡献，特别是丁肇中教授，就是于一九七四年利用布鲁克海文实验室的加速器AGS发现J粒子的，并因此获得诺贝尔物理学奖。“张院长，这个时候我能请问一下，你是怎么知道这个计划的么，因为当你说出来这个计划以后，我们感觉的到非常的不可思议，因为现在不要说在国外了，就是在我们国内都不是一个有很多的人知道的一个事情，你是为什么知道的。”马歇尔在飞机起飞之后，对着张心小声的问到。“将军，其实这个消息我从你们成了之初就知道了这个事情了，而且我知道的事情也许不会比你少，”张心这个时候十分自信的说到。“张院长，能不能知道一下，你还知道什么事情么。”马歇尔这个时候依然是小心翼翼的问到。“我知道这个事情你们现在不仅是集中了很多的美国的专家，我还知道你们集中了很多的欧洲国家的专家来完成计划，比如说意大利的物理学家费米教授，虽然这个里有很多的科学家都在帮你们的忙，可是在基地里面，你们只有十二个人知道他们到底是在干什么，”张心这个时候对着马歇尔说到。“张院长，对你的这个事情我感觉到十分的奇怪，因为这绝对不是靠着情报的来的消息，我真的现在非常的好奇，你到底是怎么知道的这个事情。”马歇尔这个时候彻底的震惊了。“没有什么，是你们的上帝告诉我的，不知道这个事情马歇尔将军满意么。”张心这个时候对着马歇尔说到。“张心院长，除了这一些事情以外，我想知道的是，你还知道我们美国的什么事情呢，而且现在你知道任何的事情我都不会感到介意了。”马歇尔这个是夸张的说到。“说实话，你们美国现在在我的面前没有任何的秘密，这就是我要告诉你的答案。”张心这个时候也不想和马歇尔说什么了，于是直接的拿话堵住他的嘴，让自己清净一下。很快的张心乘坐的飞机就缓缓的在目的地给降落了，由于已经提前接收到了通知，张心的飞机在降落以后，没有引起太大的骚动，但是有一点的是，现在飞机的周围是站满了飞机的周围，现在这个情况就是张心和马歇尔也不例外，都要接受搜身，才能下飞机。“欢迎张院长的到来，你要是我们这里来的第一位贵客了，在此我代表这里所有的人向你表示欢迎。”格罗夫斯在张心下飞机之前就已经的站在了飞机的前面，来迎接着张心。“格罗夫斯将军，谢谢你的迎接，因为我是个不速之客，所以在我去参观之前，我希望你能够把这里的注意事项能够告诉我，防止我有可能会闯入你们的禁区，毕竟这里全部都是你们美国的宝贝，也都是禁区。”张心在和格罗夫斯握手以后，没有任何人来为他们介绍，但是张心在前世已经不止一次看过格罗夫斯的照片，所以直接的和格罗夫斯打着招呼，由于格罗夫斯之前没有和张心打过交道，所以格罗夫斯这个时候对张心一口叫出他的名字感到非常的奇怪，因为他们的名字这个时候都是要保密的。V