Между тем уже в сентябре 1941 г. по каналам ГРУ Наркомата обороны СССР (А.П. Панфилов) и Первого Управления НКВД СССР (П.М. Фитин) в Москву стала поступать первая и очень важная разведывательная информация о проведении в Великобритании и США таких же секретных работ по использованию атомной энергии для военных целей и созданию атомной (урановой) бомбы огромной разрушительной силы. Одним из самых важных документов, полученных по каналам советской нелегальной разведки, стал подробный отчёт британско го Комитета Military Application of Uranium Detonation (Комитет MAUD, или «Комитет Томсона») о работах по «военному применению уранового взрыва», над которым ещё с апреля 1940 г. активно работали члены этого Комитета крупнейшие германские и британские физики Дж. Томсон, Г. Тизард, Р.Пайерлс, О. Фриш, К. Фукс, Дж. Ротблат, Дж. Чедвик, М. Олифант, К. Мендельсон, Э. Уолтон и ряд других. Из материалов этого отчёта, раздобытого одним из членов легендарной «кембриджской пятёрки» британским дипломатом Дональдом Маклином, завербованным советским разведчиком А.Г. Дейчем ещё в 1934 г., следовало, что с большой долей вероятности атомная бомба будет создана «союзниками» ещё до окончания войны.
Естественно, эта информация резко активизировала все работы по «урановой проблеме» в самом СССР, и уже летом 1942 г. по инициативе начальника научно-технической разведки 3-го отдела Первого Управления НКВД СССР Леонида Романовича Квасникова началась предельно ювелирная и планомерная охота за данными американского атомного проекта. Именно этот молодой и талантливый чекист, ставший в феврале 1943 г. заместителем советского резидента в Нью-Йорке Василия Михайловича Зарубина, совместно с другими советскими нелегалами — Григорием Марковичем Хейфецем, Александром Семёновичем Феклисовым, Анатолием Антоновичем Яцковым, Семёном Марковичем Семёновым и Елизаветой Юльевной Зарубиной — установил местонахождение главного научного центра Манхэттенского проекта, расположенного в местечке Лос-Аламос в штате Нью-Мексико, завербовал его главных разработчиков Роберта Оппенгеймера, Энрико Ферми, Лео Силарди и Бруно Понтекорво, а также добился перевода в Лос-Аламос советского агента Клауса Фукса, который и стал основным источником всей научно-технической информации по американской атомной бомбе для Москвы. Кроме того, весомую лепту в шпионаж по атомным разработкам внесла и лондонская резидентура советской нелегальной разведки во главе с Анатолием Вениаминовичем Горским и его заместителем Владимиром Борисовичем Барковским, которые также направляли в Москву очень ценную информацию о британском Директорате Тьюб-Эллойс, главой которого стал бывший глава Комитета MAUD Джордж Паджет Томпсоном. К концу войны объём агентурной информации стал настолько большим, что в ноябре 1944 г. по предложению главы ПГУ Павла Михайловича Фитина для координации всей разведывательной работы по атомной проблеме в структуре НКВД СССР была создана отдельная группа «С», которую возглавил начальник 4-го Управления НКВД комиссар госбезопасности Павел Анатольевич Судоплатов.
Между тем в конце сентября 1942 г., спустя всего две недели после старта Манхэттенского проекта и аналогичного британского проекта «Тьюб-Эллойз», было принято Постановление ГКО № 2352сс «Об организации работ по урану», которое предписывало «обязать Академию Наук СССР (акад. Иоффе) возобновить работы по исследованию осуществимости использования атомной энергии путём расщепления ядра урана и представить Государственному комитету обороны к 1 апреля 1943 года доклад о возможности создания урановой бомбы или уранового топлива». А уже через полгода, в начале февраля 1943 г., было принято новое Постановление ГКО № 2872сс «Об организации практических работ по использованию атомной энергии в военных целях», куратором которых был назначен заместитель председателя ГКО нарком иностранных дел Вячеслав Михайлович Молотов. После проведения всех технических и организационных работ в начале апреля 1943 г. вице-президент АН СССР академик А.А. Байков подписал распоряжение о создании в структуре Академии Наук СССР Лаборатории № 2, главой которой был назначен Игорь Васильевич Курчатов, ставший официальным главой советского атомного проекта. Затем ровно через год, в апреле 1944 г., за подписью В.М. Молотова вышло новое Постановление ГКО № 5582сс «О мерах по организации работы Лаборатории № 2 по производству тяжёлой воды и урана», которое обязало Наркомат цветной металлургии (П.Ф. Ломако) и Наркомат химической промышленности (М.Г. Первухин) в кратчайшие сроки спроектировать и открыть на двух подведомственных заводах цеха по производству тяжёлой воды и металлического урана, а также построить новый завод по производству шестифтористого урана и до конца года поставить Лаборатории № 2 «десятки тонн высококачественных графитовых блоков».