1941年，英国政府面对德国飞机狂轰滥炸的严酷现实，放弃了制造原子弹的念头。7月，英国派遣科学家代表团访美，敦促美国加紧原子武器的制造，团长奥利芬特请劳伦斯帮助说服美国政府，说明用铀235作为原子弹材料，以及利用加速器提炼铀235的现实可行性。劳伦斯立印想到罗伯特·奥本海默。奥本海默曾指导学生帮助他搞电磁分离铀的实验，效果极佳，使成本下降了50％—70％，给他留下了深刻印象。

这是奥本海默第一次参与核武器的发展计划。凭借敏锐的洞察力，他立即看出了快中子对释放原子能、制造原子弹的重要性。他出席了一系列最高级会议，参加讨论与编制发展这种武器的战略计划。10月21日，在斯克内克塔迪通用汽车公司的实验室里召开了一次重要会议，讨论生产原子弹的重要问题。在会上奥本海默提出了制造一枚原子弹所需铀235数量的计算结果。根据他提供的数据整理的会议报告，成了原子弹设计的一个蓝图。

1942年1月，国防委员会（NDRC）铀组主席康普顿正式聘请奥本海默参加原子弹“快速裂变”的研制工作，4个月后，他成了原子弹关键项目的负责人。历史把制造原子弹的科学技术问题委任给了奥本海默。1941年底爆发子珍珠港事件，美国正式对日本宣战。奥本海默认为赢得战争胜利已成为当时第一位的问题，他必须全力以赴投入原子弹的研制工作。

1942年夏天，奥本海默邀请了一批美国物理学界的精英在伯克利行政办公大楼开会，研究原子弹的基本形状、结构、尺寸和实现核裂变的手段，压拢与引爆的时间，制造原子弹的关键工艺与估算爆破威力等。组织工作有条不紊，几周内取得了重大进展。奥本海默初步展示了他科学组织家的才华，深受科学家们的赞赏。他们都把成功归于奥本海默非凡的才能、敏捷的思路和善于综合他人新思想的才干。

然而就在这次讨论会上，特勒提出了利用轻元素的核聚变而不用重元素的核裂变来制造氢弹的构想。费米进一步指出，原子核裂变后引起的高温可能会引发核聚变，使氘放出更大的能量，氘核聚变放出的能量约为铀235裂变时放出能量的5倍，而氘的制取要较铀235便宜得多、方便得多。这本是科学思想的正常讨论，但特勒多次在会上坚持要先制造氢弹。当时不论从技术上、战略思想上、准备条件上、或从任务进度上都不可能马上安排试制氢弹，只能把试制原子弹作为首要的战略目标。从此，在奥本海默和特勒之间埋下了不和的种子，影响了各自后半生的命运。

由于原子弹试制任务日益扩大，与军方的关系更加密切，1942年9月，军方派格罗夫斯准将来主持“曼哈顿特区”，即原子弹的试制工作。他和奥本海默的出身、经历、情趣、学识、科学素养、甚至外形都大相径庭；但他很快发现奥本海默学识渊博，具有正确评价各种技术方案和立即将关键的科学技术问题阐述清晰的卓越才能。在他和奥本海默就曼哈顿工程首次全面交换意见时，奥本海默根据原子弹工程的研制保密性强、而又急需展开学术思想自由交流的矛盾，提出建立综合大型实验室的主张，即把分散在高等学校的理论物理学家、实验物理学家、数学家、化学专家、军事专家、冶金和爆破专家集中于一处——该处须远离交通枢纽及居民密集区，对外完全隔绝，保密工作可万无一失，而内部则可自由交流学术思想。格罗夫斯将军采纳了他的意见，并任命他为综合实验室主任（即后来的洛斯阿拉莫斯实验室主任）。谁知这个任命遭到了联邦调查局的坚决反对，认为奥本海默左翼活动的历史根本不适宜于担任机密性如此强的科研领导工作。

格罗夫斯将军亲自审阅了奥本海默的档案材料，坚持认为奥本海默的非凡才能和工作热忱完全可以抵消其历史问题。他大权在握，顶住了联邦调查局的种种压力。联邦调查局不发给奥本海默保安许可证，格罗夫斯照用他不误，带他去选择综合大型实验室的地址，参加最机密的会议。1943年7月格罗夫斯向当局发出一份保荐奥本海默的报告：“希望立刻允许朱利叶·罗伯特·奥本海默参加工作，不受你们那些情报的限制，设计工作绝对不能缺少奥本海默。”他终于为奥本海默争取到了保安许可证。

奥本海默费了相当时日，历尽艰辛，选择了他少年时骑马旅游过的新墨西哥州山区洛斯阿拉莫斯，作为发展原子弹的综合实验室基地，这里既能满足保密要求，又能较快地为百余名科学家提供生活和工作场所。对此，格罗夫斯一下子就拍板决定了。1943年3月，奥本海默完成了各种筹建组织工作后，前往洛斯阿拉莫斯主持工作。

实验室正式投入运行后，科学家们立即就原子弹制造的两个“拦路虎”展开了热烈的讨论。这两个“拦路虎”是：（1）能使原子弹的两个弹芯在瞬间压到一块的机构和方法；（2）是用铀235还是用钚239才能更快地制成原子弹。奥本海默的学生泽尔贝尔对原子弹制造的机理作了全面系统的发言，供科学家们讨论。他还介绍了一种“枪式”结构，说明其能把两块亚临界铀压到一块，迅速引起核爆炸。

国家标准局来的一位青年物理学家内德迈尔则提出了“内爆法”的构想，即将可裂变物质制成空心球，周围包以炸药；当炸药点燃后，利用外部周围产生的压力使空心球向内挤压，形成一个超过临界质量的实心球，从而迅速引起核爆炸。这个思想新颖奇特，但工艺细节他一时还说不清，因而遭到科学家们的围攻和非议。然而，奥本海默却独具慧眼，积极支持内德迈尔进行实验和计算，形成“枪式结构”与“内爆法”。两种工艺方案齐头并进的局面。后来“内爆法”在制造原子弹中屡建奇功，大大推进了原子弹的研制进程。

当时，没有任何工厂能提供足够的铀235或钚239作为原子弹的实验材料，这样，就谈不上制造原子弹了。格罗夫斯便下令立即建立橡树岭气体分离、电磁分离铀235的两个巨型工厂，并在汉福特建立生产钚的巨大反应堆。为了与德国争时间、抢速度，这三个大工厂都是采取边实验、边建设、边开工的办法投产的。当时问题之多、矛盾之大、担子之重都是难以想象的。

为了适应战时科研的特殊需要，使科研工作有条不紊地高效运转，奥本海默把综合实验室分为四个部，由有名望、有真才实学的科学家分别领导：贝特负责理论部，肯尼迪负责化学冶金部，巴彻尔负责实验物理部，伯森斯海军上校负责军械部及工程。后来随着工程的进展和扩大，又增设了一些部，或做了些调整。奥本海默本人负责总的科学技术规划、协调和进度平衡。

由于把钚的提纯及其他研制工作交给了洛斯阿拉莫斯实验室，生产、建筑人员猛增，人口一下突破了3500人，增加了几十倍。原来只为100多名科学家提供的科研及后勤设置远远不敷需要，饮水不足，伙食较差，住房拥挤，交通堵塞，问题成堆，怨声载道。(www.daowen.com)

在极端困难的情况下，奥本海默没有退缩，没有抱怨，而是重新学习。他像12年前刚刚到加州大学伯克利分校授课讲得一塌糊涂，旋即迅速改正一样，很快扭转了洛斯阿拉莫斯工作的被动局面。他编出了一份详细的实验室人员表，职责分明，按计划要求完成进度，使组织领导重新纳入正轨，完成了从一个纯理论物理学家到巨型科技组织领导者的转变。他以身作则，从早到晚投入工作，戒掉了自由散漫的毛病，以满腔的热情、精确的计划、在行的评估去进行领导，学会了说服、鼓励、规劝、协调。他不仅熟悉所有的科学家，而且叫得出工地上大多数工人的姓名和昵称，了解他们的工作和需要，与他们同甘共苦，很快赢得了广泛的信任和爱戴。有人说：“在工地上，只要有需要，几乎所有的人都愿为奥比（奥本海默昵称——作者注）赴汤蹈火。”在科学讨论会上更是充满了热情洋溢的气氛。奥本海默长于启发大家各抒己见，又善于抓住关键引导人们深入思考。只要有他在场的讨论会，科学家都心情舒畅，满载而归。虽然他不是诺贝尔奖获得者，却赢得了绝大多数科学家的爱戴和赞誉。一些诺贝尔奖获得者自愿接受他的领导，年青的科学家甚至把他当作学习的楷模。

然而仍有两件事使这位洛斯阿拉莫斯的总指挥忧心忡忡，情绪压抑。一是特勒给他带来的烦恼。特勒与奥本海默曾同是美国理论物理学界两颗耀眼的新星，一颗在西，一颗在东，遥相辉映。特勒来洛斯阿拉莫斯稍晚，他本以为会让他从事氢弹的研究，没想到来了以后不仅没让他搞氢弹，反让他在贝特领导下的理论部里搞计算工作。他自认为是一流科学家，却扮演着三流角色，受到了不公正的待遇，因此心怀不满，处处把气撒在奥本海默身上，在各种会议上与奥本海默作对。两人之间原存的友谊经过几次碰撞，荡然无存，成了势不两立的对立面。二是奥本海默一直受到保安机关的纠缠。虽然他是国家最高军事机密研究计划的技术负责人，但长期以来一直是联邦调查局的侦察对象。从1942年至1944年他的一系列言行，使曼哈顿工程的保安官员对他愈来愈不放心，要把他作为“苏联间谍”对待，进而打报告要“解聘他”。

奥本海默招揽了一大批他的学生赴洛斯阿拉莫斯，这些青年科学家年轻有为，思想活跃，富有创造力，是从事原子弹研制开发的中坚骨干。但是他们当中有不少人也同奥本海默早年一样，曾与左翼有过接触或联系。他们有的在30年代甚至不满美国现实，为了探索美国社会的前途而同情共产党或参加共产党。这就触犯了保安人员的神经中枢。他们打报告给华盛顿称：“在苏联窃取对美国生死攸关的最高国防机密的间谍活动中，奥本海默占有重要地位”，“他是极其狡猾的敌人与不忠诚的分子”。奥本海默为了完成科研工作，招聘人才却招致了窃取国家机密情报的罪名，这是奥本海默做梦也未曾想到的。

一次偶然的机会，奥本海默在加州大学时的密友薛瓦利埃教授在厨房中和他谈起，旧金山壳牌石油发展公司的英国工程师爱尔坦顿能把保密资料送往苏联领事馆。两人纯属闲聊，并无更深层的意思，事后双方已忘得一干二净。1943年8月底，奥本海默也可能出自爱国心，也可能为了摆脱保安机关的纠缠，主动向伯克利分校的保安官员谈起了爱尔坦顿的事。保安官员追问来龙去脉时，奥本海默极力回避谈事情的来源。保安机关紧追不舍，或采取严肃提审，或采取轻松的谈话方式，千方百计要从奥本海默口中追出那个提供线索的中介人，都被奥本海默机智地挡了回去。12月12日，保安机关通过他的上司格罗夫斯将军下令让他交待，不得已他只好供出了薛瓦利埃。从此保安机关加紧了对他的全面监视和跟踪：他的司机是情报人员，他的信件和电话受到全面的监听和检查……一般人很难想象奥本海默为了研制原子弹所背的精神十字架有多么沉重！由于铀235提纯的速度缓慢，总也积聚不到能制造原子弹的份量，因此有人想用钚239作为裂变材料，但又碰到技术上的“拦路虎”。钚239产生的本底中子较多，使用“枪法”速度嫌慢，形不成有效的爆炸，只有借助“内爆法”才能奏效，然而“内爆法”从理论到实践还有很长的路要走。如果“内爆法”不能投入操作，那么到1945年7月只能制成唯一的一颗铀235原子弹，无论从实战或威慑的角度，都不可能实现迫使日本尽快投降的战略目标。整个洛斯阿拉莫斯都为解决“内爆法”，制造第二颗原子弹而揪心。

这时，各路优秀科学家云集洛斯阿拉莫斯，为解决“内爆法”生产钚239原子弹献计献策。费米第一次推算出钚弹的临界质量只需5公斤，大大低于人们原来的预计值，使钚弹的生产露出了第一道曙光。炸药专家基斯泰科夫斯基负责内爆法的全面技术工作，这个组迅速扩展到了600人，几种方法同时全速并进。青年科学家阿尔瓦雷斯完成了新颖的起爆装置，达到百万分之一秒内同时点火的指标。英国爆破专家塔克过去曾在穿甲弹的设计中采用透镜式炸药，使爆炸时不同速度产生的冲击波按照光学原理，像透镜聚光的现象而积聚在一起，形成强有力的爆炸效应。他将这个崭新的技术引入原子弹的起爆，解决了由于多点点火引起爆破波不均衡产生干扰，以致根本形不成球面波，出现非对称性，严重影响起爆的问题，终于使239钚的芯块能按计划压实到临界质量，产生出最佳爆破效应。数学家冯·诺伊曼还利用刚出世的电子计算机，进行了浩繁的计算分析，把不对称度爆破控制在5％以内，终于解决了制造原子弹的关键难题。

在这期间，奥本海默还要领导下属解决检验、仪表制造、安全防护等技术以及7000余人的生活后勤问题；而每项技术问题的解决都是绝无仅有的开创性工作；仪器需要测量微秒级的时间间隔，检测方法需要全新的构思和技巧，原子弹制造过程中钚的提纯、裂变体的截面加工，保险的引信，放射物的防护……等等，环环相扣，任何一个环节出了纰漏，都将人命关天。科研工作的节奏，科研人员的协作，生产工序的调整，计划的安排，千头万绪都要他缜密筹措，苦心规划。

1945年3月，鉴于关于原子弹的主要物理研究都已接近完成，奥本海默宣布实施“三一计划”（即原子弹试验。以原子弹实验场命名，取自约翰·唐恩十行诗，以纪念圣父、圣子、圣灵三位一体的圣体），7月4日进行原子弹爆炸试验，8月1日完成装配第一颗原子弹。

在这最后关头、许多事情却仍未尽如人意：“内爆法”全尺寸透镜体棋子交货因故延期，炸药雷管性能达不到可靠性的指标，裂变材料供应跟不上进度，而7月中旬风雨交加的恶劣气候，也不适合进行试验。然而，杜鲁门为了在7月15日美、英、苏最高首脑会议上，以手中的原子弹作为砝码，就战后格局压苏联就范，要求原子弹无论如何在7月14日前试验成功。奥本海默夹在大自然和政治风暴中受尽煎熬。为了赶进度，他不时冒风险，在极度焦虑和兴奋中度过了整个春季，体重整整掉了28磅。原来就很瘦弱的奥本海默，几乎完全垮了。

7月16日早上5点半，一颗安装在铁塔上的试验原子弹终于抢在暴风雨的间隙爆炸了。一团巨大的火球陡然升起，然后是蘑菇云，震耳的轰鸣，耀眼的光芒，浓烟迷雾，风暴怒吼，大地颤抖，真是天崩地裂，有如世界末日之来临。所有在场的科学家的心灵都受到前所未有的巨大震撼！试验成功了。

奥本海默在回忆当时的情景时写道：“有几个人笑了，有几人个却哭了，大多数人惊呆了，一声不响。我心中浮上了古印度圣诗《勃哈加瓦基达》里，克里希那试图说服王子执行他使命的一句诗：‘我是死神，世界的毁灭者！’”

奥本海默在第二次世界大战中成功地领导了世界上第一颗原子弹的研制工作。他不仅进行了具体的研究工作，更重要的是作为一项空前的科技工程领导者，他能排除一切干扰，艰难而顽强地向着既定目标挺进，充分展示出他的坚韧不拔的品质和高超的决策水平与组织才能。他利用世界一流科学家云集洛斯阿拉莫斯的有利条件，对他们提出的各种技术方案，进行正确评价和选择。最具意义的是，他十分重视具有创造性的思想火花，并能迅速抓住它，及时推动它付诸实施。这就使奥本海默完成了从纯物理学家到科技领导者的转变。他尊重科学家，与工人们同甘共苦，以出色的工作和高尚的人格去赢得人们的信任和爱戴，推动了工作的顺利开展；在关键时刻，大家甚至愿意为他“赴汤蹈火”。

由于奥本海默对原子弹研制工作的杰出贡献，他在1945年后成为世界头号新闻英雄人物，被誉为“原子弹之父”。1946年杜鲁门总统授予他美国功勋奖章，表彰他“伟大的科学经验和能力，他无穷无尽的精力，作为一个组织者和实行者的稀有才能，他的首创性和机智，以及他对责任的坚定不移的献身……”战后，他担任美国原子能委员会总顾问委员会主席，为美国核武器的战略决策发挥了重要作用，同时成为当时世界上最有权威的少数科学家之一。