玻尔的这次纽约之行，还有一个目的，就是趁科学研讨的机会在美国非正式地讨论欧洲政治形势，为流亡的犹太科学家们安排前来美国大学的机会。希特勒的犹太政策赶走了国内几乎一半的精英，纳粹上台的第一年，就有大约2600名学者离开德国，四分之一的物理学家从德国的大学辞职而去，到战争前夕，已经有40%的大学教授失去了职位。整个轴心国流失了多达27名诺贝尔奖获得者，其中包括爱因斯坦、薛定谔、费米、波恩、泡利这样最杰出的人物。在依然远离战争的美国，正是这些从轴心国出走、在美国大学谋得职位的犹太科学家，对酝酿中的德国威胁率先发出迫在眉睫的警告。至关重要的推动作用来自物理学家莱奥·齐拉特、欧根·维格纳、爱德华·特勒、维克托·魏茨科普夫和恩里科·费米。1939年3月，曾获诺贝尔物理奖的费米在致美国海军部的信函中提出了原子弹的可能性，并被推举前往纽约与军方会面。他提出，美国政府必须与德国政府较量，看哪个国家先制造出原子弹。最后，海军将领对这项太过神奇、不可思议的新型武器并没有拨款协助。在那之后，费米和齐拉特、维格纳一起拜访了爱因斯坦，请他出一臂之力。1939年8月，他们给富兰克林·罗斯福总统写了一封信。在这封由爱因斯坦署名的著名信函中，物理学家们警告：铀炸弹将毁灭地球上所有的城市，而德国人已经在着手发展这种武器了。没有太多反应。科学家们写了第二封信，告诉美国总统，德国已经在极其保密的状态下，在柏林的威廉皇帝物理研究所启动了铀研究。类似的情报也被送到伦敦。
1939年夏天，海森堡也曾到美国的芝加哥讲学。在那次旅行中，他见到了费米，曾同在哥廷根读书的同窗。他们讨论了原子能问题，包括原子武器的可能性问题。费米提出，海森堡也许愿意留在美国。海森堡说，那样做将是对一些青年德国人的背叛，而他觉得对那些人是负有责任的。1939年8月，他告别费米，回到了德国。9月，战争爆发几个星期后，他写信给玻尔说，一位同事的丹麦之行“使我又有了给您写信的可能性。您知道这整个的发展曾经使我多么伤心……既然我不知道命运是否和何时会使我们再聚首，我愿为了您的友情，为了我从您那里学到的一切和您为我所做的一切再次向您致谢”。就在那一个月，海森堡被调到了柏林的陆军武器部门。命运就这样无可避免地走向殊途。1940年4月，玻尔在奥斯陆发表完关于原子能应用的演讲后，夜里，他搭上从奥斯陆到哥本哈根的夜车，在瑞典和丹麦之间的渡轮上，他被飞机的声音吵醒。一位丹麦军官通知他，丹麦已被德国人所占领。玻尔几乎立刻就接到了许多访问美国的邀请，邀请他可以在美国一直待到战争结束。玻尔谢绝了。他比以往任何时候都更加感到，自己的位置是在丹麦，他应该努力使研究所中的研究工作继续下去。
1941年春，一个名为“莫德委员会”的英国高级秘密组织推出了一份“铀在炸弹上的应用”的报告。这份报告使美国的事情开始有了进展。罗斯福设立了一个直接受命于白宫的组织，代号“S-I委员会”。这年6月，德军入侵苏联。很多美国在校的教授、学生都相继投入军事上的研究，最显著的是在雷达方面。“珍珠港事件”后，美国政府决定将所有原子弹研制工作联合起来，成为完全由政府拨款的“曼哈顿计划”。1942年，奥本海默被任命为S-I工程加速中子研究项目的领头人，与在德国的海森堡在原子弹研究中的地位相当。
那年末，奥本海默来到墨西哥荒漠中的洛斯阿拉莫斯，在这个与世隔绝的地方，只有克里斯托山的壮丽景色和一条蜿蜒的沙砾小路。其时，费米主持的试验性反应堆已在芝加哥成功触发链式反应，隐蔽的原子弹研究中心基地和试验场在荒漠中建立起来。在这里几个月后，奥本海默从一个古怪的理论物理学家、长头发的左翼知识分子变成一个具有超凡魅力和组织能力的领导者。1943年8月19日，丘吉尔和罗斯福签订《魁北克协定》，英国核计划并入“曼哈顿计划”，两国原子弹研制项目实现整合，并由美国主导。100名科学家、工程师以及供给物资聚集在这个新社区里，成为“曼哈顿计划”的故乡和“诺贝尔奖获得者的集中营”。不到6个月，这里有了1000人；一年后，3500人。直到1945年夏，这片荒地发展成了拥有至少4000居民的小城镇。为完成整个曼哈顿计划，美国动用了1.5万人，投资超过20亿美元。
对奥本海默来说，20世纪20年代对欧洲的和平记忆已渐渐退却于战争中。1942年，他的一位老朋友给他寄去了一封标有“秘密”字样的信，信中说，他从泡利那里得知，泡利的同学海森堡刚被任命为柏林一个研究机构的主任，他要去瑞士做演讲。信上建议：“当前最有效的办法是在瑞士绑架海森堡。如果你或贝特出现在瑞士，德国人也会这么做。”奥本海默立即回信，谢谢这封“有意思”的信，说他已经知道海森堡到瑞士演讲的事，并已和华盛顿相关当局讨论过此事。十几年前，在哥廷根，奥本海默曾目睹海森堡成为耀眼的科学明星，海森堡也曾鼓励奥本海默用量子论去解释“分子何以成为分子”。而现在，两人间那种温文尔雅的惺惺相惜已荡然无存。美国军方曾考虑过绑架或刺杀海森堡的计划，直到1944年12月都派有特工跟踪他，但最终放弃刺杀计划。