由于曼哈顿计划的成功，美国成了第一个拥有核武器的国家，也成功结束了第二次世界大战。曼哈顿计划最巅峰时刻有53.9万人参与，总共耗资25亿美元，历时三年，当时只有12个人知道全部计划，其他人其实并不知道自己在做着怎样巨大的任务。
到1941年12月6日，美国正式制定了代号为曼哈顿计划。罗斯福总统赋予这一计划以“高于一切行动的特别优先权”。1937年2月，纳粹德国开始执行了“铀计划”。1941年末，珍珠港事件后，美国参加了二次大战，与纳粹德国宣战。一些美国科学家提议，要先于纳粹德国制造出原子弹。
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曼哈顿计划。
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曼哈顿计划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。奥本海默开始时对曼哈顿计划困难估计不足，认为只要6名物理学家和100多名工程技术人员就足够了。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。
1945年7月15日凌晨5点30分，世界上第一颗原子弹在新墨西哥州阿拉莫戈多的一片沙漠地带爆炸。7月25日，在太平洋的比基尼环礁，原子弹试爆成功。8月6日和9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15日宣布无条件投降，第二次世界大战结束了。
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