Курчатов, оценив преимущество нового руководства, срочно направил Берия доклад «О неудовлетворительном состоянии работ по проблеме», где поставил вопрос о кардинальном увеличении производство урана. Берия, тщательно изучив проблему, вынес её на рассмотрение ГКО, который 8 декабря 1944 года принял постановление № 7102сс/ов «О мероприятиях по обеспечению развития добычи и переработки урановых руд». Поиски, разведка, добыча и переработка урановых руд отныне передавались в ведение НКВД СССР под личную ответственность заместителя наркома, комиссара ГБ 3-го ранга Авраамия Павловича Завенягина. Для этого было развёрнуто 9-е Управление НКВД. Разработка урановых месторождений началась в горах Карамазар — старинном горнорудном районе на южных отрогах Кураминского хребта в Северном Таджикистане. Работавшие на месторождениях Табошар, Уйгур-Сай, Майли-Су, Тюя-Муюн и Адрасман геологоразведочные партии Наркомцветмета передавались в НКВД СССР. Переработка урановой руды осуществлялась на Табошарском заводе «В» Главредмета. Все геологические организации обязывались приступить к поискам радиоактивных руд. В геологических управлениях различных министерств и ведомств были созданы специальные группы, отряды и партии, которые начали прежде всего массовую ревизию коллекций горных пород, руд и керна буровых скважин и массовый промер радиоактивности образцов пород и руд, отобранных на действующих рудниках, разведуемых месторождениях и при проведении геологоразведочных работ различного назначения. И все же поставленная на 1944 год задача получить не менее 100 тонн урана выполнена не была — лишь в декабре 1944 года в Москве в институте «Гиредмет» в лаборатории Зинаиды Васильевны Ершовой был получен первый в СССР металлический уран.
Сбором данных об американском Манхэттенском проекте в ходе агентурной операции «Энормоз» руководил заместитель резидента НКВД СССР в Нью-Йорке, в то время майор ГБ Леонид Романович Квасников (оперативный псевдоним «Антон»). Важнейшими его источниками, в том числе в ядерном центре в Лос-Аламосе, были физики Клаус Фукс («Чарльз»), Тед Холл («Млад», «Персей»), Мортон Собелл («Коно») и механик Дэвид Грингласс («Калибр»). Двое последних входили в группу Юлиуса Розенберга «Волонтёры», которая насчитывала не менее 18 человек — инженеров американских компаний, занятых в военно-промышленном комплексе США. Детали деятельности этих агентов по-прежнему засекречены, но, в частности, сам Юлиус Розенберг («Либерал», «Антенна») получал секретные чертежи от брата своей жены — Дэвида Грингласса, который работал механиком в ядерном центре в Лос-Аламосе и занимался созданием форм для фокусирующих линз, которые играют важную роль в конструкции бомбы. Он же передал Розенбергу рабочие чертежи бомбы, сброшенной на Нагасаки, и отчёт на 12 страницах о своей работе в Лос-Аламосе.
Со стороны нью-йоркской резидентуры связь с агентами осуществляли Александр Феклисов (оперативный псевдоним «Калистрат») и Анатолий Яцков («Яковлев»), а также граждане США Гарри Голд («Раймонд») и супруги Моррис и Леонтина Коэн («Луис» и «Лесли»). Действовавший в Сан-Франциско под прикрытием должности вице-консула СССР резидент Григорий Маркович Хейфец установил доверительный контакт с научным руководителем Манхэттенского проекта Робертом Оппенгеймером. Большой агентурной сетью среди американских ученых располагал работавший там с 1938 года выпускник Массачусетского технологического института майор ГБ Семён Маркович Семёнов (Таубман) — оперативный псевдоним «Твен». Именно он установил код Манхэттенского проекта и местонахождение его главного научного центра — бывшей колонии для малолетних преступников Лос-Аламос (штат Нью-Мексико). Супруга советского резидента в Нью-Йорке Василия Михайловича Зарубина, майор ГБ Елизавета Юльевна Зарубина, познакомилась с женой Оппенгеймера Кэтрин и через личный контакт с ней стала оказывать необходимое влияние на отцов американской атомной бомбы, среди которых были Энрико Ферми и Лео Силлард.