Вступление Соединенных Штатов во Вторую мировую войну в декабре 1941 года стало решающим фактором для выделения средств на масштабные исследования и производство по получению расщепляющихся материалов, и в мае 1942 года было принято судьбоносное решение об одновременном применении всех перспективных методов производства. Ванневар Буш решил, что к работам по строительству заводов следует привлечь армию. В середине июня эту работу поручили Инженерному корпусу армии США, а руководителем проекта был выбран полковник Джеймс К. Маршалл. Вскоре был открыт офис в Нью-Йорке, а в августе проект получил официальное название «Манхэттенский инженерный район» — отсюда и «Манхэттенский проект», под которым его стали называть в дальнейшем. Летом Буш и другие почувствовали, что прогресс идет недостаточно быстро, и на армию было оказано давление с целью найти другого офицера, который бы предпринял более решительные действия. Полковник Лесли Р. Гровс заменил Маршалла 17 сентября и сразу же начал принимать важные решения из своего штабного офиса в Вашингтоне, округ Колумбия. После первой недели его работы была достигнута работоспособная договоренность о надзоре: был создан комитет по военной политике из трех человек под председательством Буша (с химиком Джеймсом Б. Конантом в качестве его заместителя), а также представителей армии и флота.
В течение следующих нескольких месяцев Гровс (к тому времени уже бригадный генерал) выбрал три ключевых объекта — Ок-Ридж, штат Теннесси, Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, и Хэнфорд, штат Вашингтон, — и определил крупные корпорации для строительства и эксплуатации атомных заводов. В декабре были подписаны контракты с компанией DuPont на проектирование, строительство и эксплуатацию реакторов для производства плутония, а также на разработку установок для его выделения. В Ок-Ридже были построены два типа заводов по обогащению урана.
16 ноября Гровс и физик Дж. Роберт Оппенгеймер посетили ранчо Лос-Аламос, расположенное в 100 км (60 миль) к северу от Альбукерке, штат Нью-Мексико, и 25 ноября Гровс утвердил его в качестве места для главной научной лаборатории, часто упоминаемой под кодовым названием «Проект Y». В предыдущем месяце Гровс решил выбрать Оппенгеймера научным руководителем лаборатории, где будет происходить проектирование, разработка и окончательное изготовление оружия. К июлю 1943 года были получены два важных и обнадеживающих экспериментальных данных: плутоний действительно испускал нейтроны при делении, больше, чем уран-235; и нейтроны испускались за короткое время по сравнению с тем, которое требовалось для приведения материалов оружия в сверхкритическое состояние. Однако теоретики, работавшие над проектом, внесли одну обескураживающую ноту: их оценка критической массы урана-235 выросла более чем в три раза и составила от 23 до 45 кг (от 50 до 100 фунтов).
