Amerikalılar çabalarını hızla artırdı ve kısa sürede İngilizleri geride bıraktı. Araştırma her ülkede bir miktar bilgi alışverişi ile devam etti. Önde gelen İngiliz bilim adamlarından birkaçı 1942'nin başlarında ABD'yi ziyaret etti ve onlara mevcut tüm bilgilere tam erişim verildi. Amerikalılar paralel olarak üç zenginleştirme sürecini takip ediyorlardı: Profesör Lawrence, Berkeley'de (California Üniversitesi) elektromanyetik ayırma üzerinde çalışıyordu, Standard Oil'den EV Murphree, Profesör Beams tarafından geliştirilen santrifüj yöntemini inceliyordu ve Profesör Urey, Columbia'da gaz difüzyon işini koordine ediyordu. Üniversite. Bölünebilir plütonyum üretmek için bir reaktör inşa etme sorumluluğu Chicago Üniversitesi'nden Arthur Compton'a verildi. İngilizler sadece gaz difüzyonunu inceliyorlardı.
Haziran 1942'de ABD Ordusu, bölünebilir malzeme yapmanın dört yöntemi için (çünkü o noktada dördünden hiçbirinin açıkça üstün olduğu gösterilmediğinden) pilot tesisler için süreç geliştirme, mühendislik tasarımı, malzeme tedariki ve yer seçimini devraldı. ağır su üretimi. Bu değişiklikle birlikte İngiltere'ye bilgi akışı durdu. Bu, ağır su üretimi ve araştırma programının çeşitli yönleri üzerinde işbirliği yapan İngilizler ve Kanadalılar için büyük bir başarısızlıktı. Bundan sonra Churchill, Britanya'da bir difüzyon tesisi, bir ağır su tesisi ve bir atom reaktörü inşa etmenin maliyeti hakkında bilgi istedi.
Aylarca süren müzakerelerden sonra nihayet Ağustos 1943'te Bay Churchill ve Başkan Roosevelt tarafından Quebec'te bir anlaşma imzalandı; buna göre İngilizler tüm raporlarını Amerikalılara teslim etti ve karşılığında General Groves'un ilerleme raporlarının kopyalarını Başkan'a aldı. . İkincisi, diğer nükleer enerji uygulamaları üzerinde hiçbir çalışma yapılmadığından, tüm ABD programının tamamı bomba için 1.000 milyon dolardan fazlaya mal olacağını gösterdi.
Elektromanyetik ayırma (kalutronlarda) ve gaz difüzyon için üretim tesislerinin inşası oldukça ilerlemişti. Fermi tarafından inşa edilen deneysel bir grafit yığını, Aralık 1942'de Chicago Üniversitesi'nde işletildi - ilk kontrollü nükleer zincirleme reaksiyon.
Argonne'de tam ölçekli bir plütonyum üretim reaktörü, Oak Ridge ve ardından Hanford'da başka reaktörler ve ayrıca plütonyumu çıkarmak için bir yeniden işleme tesisi inşa ediliyordu. Ağır su üretimi için biri Kanada'da ve üçü ABD'de olmak üzere dört tesis inşa ediliyordu. New Mexico'daki Los Alamos'ta Robert Oppenheimer komutasındaki bir ekip, hem U-235 hem de Pu-239 bombalarının tasarımı ve inşası üzerinde çalışıyordu. İngiliz ekiplerinin yardımıyla büyük çabanın sonucu, yeterli Pu-239 ve oldukça zenginleştirilmiş U-235'in (Oak Ridge'deki kalutronlardan ve difüzyondan) 1945 ortalarında üretilmesiydi. Uranyum çoğunlukla Belçika Kongosu'ndan geldi.
İlk atomik cihaz, 16 Temmuz 1945'te New Mexico'daki Alamagordo'da başarıyla test edildi. Bir nükleer yığında yapılan plütonyum kullandı. Ekipler, daha basit bir U-235 cihazını test etmenin gerekli olduğunu düşünmediler. U-235 içeren ilk atom bombası 6 Ağustos 1945'te Hiroşima'ya atıldı. Pu-239 içeren ikinci bomba 9 Ağustos'ta Nagazaki'ye atıldı. Aynı gün SSCB Japonya'ya savaş ilan etti. 10 Ağustos 1945'te Japon Hükümeti teslim oldu.