Оценка Гровза поставок урана в Советский Союз оказалась ошибочной. Согласно оценке ЦРУ, советские и восточноевропейские рудники давали 70–110 тонн окиси урана уже в 1946 и 1947 гг., а в 1948 г. произошло значительное увеличение добычи. Для последующих лет оценки ЦРУ отсутствуют, но в 1950 г. ЦРУ пришло к выводу, что если «Советы и… считали свои запасы урана катастрофически малыми», то к середине 1948 г. «запасы урановой руды перестали находиться у критической черты и оказались достаточными для тогдашних запросов». По оценкам ЦРУ, в 1950 г. 45 % советского урана было получено из Восточной Германии, 33 % — из Советского Союза, 15 % — из Чехословакии, 4 % — из Болгарии и 3 % — из Польши.
Задача получения металлического урана была поставлена перед Николаусом Рилем, который отвечал за очистку урана в компании «Ауэр» в Берлине во время войны. Риль, родившийся в Санкт-Петербурге и бегло говоривший по-русски, учился у Лизы Мейтнер; он был «хорошим ученым и весьма достойным человеком (одним из числа порядочных)», по мнению Пауля Розбауда. Его привезли в Москву в июне 1945 г., и Берия поручил ему задачу очистки урана. Завенягин выбрал Электросталь, город, расположенный в 70 км к востоку от Москвы, как место для строительства завода по производству металлического урана. Город получил свое название по огромному сталелитейному заводу, который был построен немцами в 1930-е гг. Там был завод боеприпасов, где и должен был разместиться урановый завод, а также мастерские, электростанция, большая автобаза, рабочие. Риль был обрадован таким выбором, так как считал, что работать будет тем легче, чем ближе к Москве. С урановой обогатительной фабрики в Ораниенбурге, расположенном севернее Берлина, были демонтированы и вывезены в Электросталь все оборудование и станки, пережившие американские бомбардировки.
Вначале было решено (предположительно, Техническим советом) получать металлический уран по методам и Риля, и Ершовой, которая получила 1 кг металлического урана в Институте редких и драгоценных металлов в декабре 1944 г. Метод Риля был признан более быстрым и простым. Тем не менее производство металлического урана в промышленных масштабах оказалось трудной задачей. К концу 1945 г. урановый завод был частично готов, но строительство явно не укладывалось в сроки, установленные правительством. Атмосфера становилась напряженной и неприятной, и в начале нового года на завод прибыл Завенягин для ускорения дел. Используя полный набор тех выражений, которыми так богат русский язык, он наставлял руководителей предприятия самым оскорбительным образом. Обстановка нормализовалась после того, как группе Риля удалось получить несколько тонн двуокиси урана достаточной чистоты для экспериментов, которые хотел провести Курчатов. А к сентябрю-октябрю 1946 г. завод в Электростали давал для Лаборатории № 2 уже около трех тонн металлического урана в неделю.
Следующим шагом на пути к бомбе был экспериментальный ядерный реактор, создание которого планировалось Курчатовым с начала 1943 г. Хотя ответственность, лежавшая на нем, резко возросла после августа 1945 г., Курчатов взял на себя строительство экспериментального реактора. Он возглавил реакторную группу, численность которой увеличилась с 11 человек в январе 1946 г. до 76 в декабре.
Летом 1946 г. из Электростали в Лабораторию начали поступать большие партии металлического урана. В августе, однако, в Лаборатории обнаружили, что часть урана содержит слишком большую концентрацию бора. Ванников прибыл в Электросталь для решения проблемы. Его тон в разговорах с заводскими руководителями был вежливым, но угрожающим, и проблема была скоро решена. Если бы примесь не была обнаружена, реактор не достиг бы критичности, поскольку бор является сильным поглотителем нейтронов. Под руководством А. П. Виноградова были разработаны методы анализа примесей в уране. Эти методы позднее были внедрены для контроля качества на заводе в Электростали.
К июлю 1946 г. на территории Лаборатории № 2 было построено специальное здание для реактора размером 15x40 м. Сам реактор собирали в шахте глубиной 7 метров. Там располагалась лаборатория, защищенная от радиации мощными бетонными стенами и толстым слоем земли и песка. Вход в реактор походил на лабиринт из блоков свинца, парафина и борной кислоты. Две независимые подстанции давали электрический ток, необходимый для управления реактором. Для измерения уровня радиации вокруг здания размещались дозиметры, на здании были установлены сирены и световая сигнализация для предупреждения об опасном уровне радиации. В августе, сентябре и октябре Курчатов и его группа построили четыре модели реактора, используя весь уран, бывший в их распоряжении.