Подключение Клауса Фукса к сверхсекретным работам по созданию английского атомного оружия произошло при следующих обстоятельствах. В начале 1941 года Рудольф Пайерлс лишился Отто Фриша, которого перевели в Ливерпульскую исследовательскую группу профессора Чедвика, где он занялся исследованием нового загадочного элемента 94, или плутония, который оказался более делимым, чем уран-235 и, следовательно, более перспективным в качестве возможной ядерной взрывчатки. Встал вопрос о замене Фриша, и Пайерлс вспомнил о Клаусе Фуксе, которого несколько раз встречал в Эдинбурге у Макса Борна и чьи работы он уже успел по достоинству оценить. Пайерлс вспоминал позже, что хотя Фукс не занимался до сих пор ядерными исследованиями, его ранние работы, написанные у Нэвилла Мотта и Макса Борна, обнаруживали такую гибкость и глубину математического анализа и научную интуицию, что он решил, несмотря на ограничения военного времени, пригласить Клауса Фукса, который после возвращения из интернирования в Эдинбург продолжал формально оставаться «враждебным иностранцем», в свою лабораторию. Связавшись с Максом Борном и Нэвиллом Моттом, Пайерлс получил самые лестные рекомендации молодому немецкому физику. Оставалось получить «clearance», то есть «допуск» у министерства авиационной промышленности, которое в ответ на просьбу Пайерлса разрешить ему привлечь к работе в Бирмингемской лаборатории Клауса Фукса запросило о нем контрразведывательную службу «МИ-5». В его досье к тому времени имелись два документа: письмо немецкого консула в Бристоле Хартли-Ходдера, датированное августом 1934 года, о том, что Фукс является коммунистом, и недавнее сообщение осведомителя «МИ-5» из числа немецких эмигрантов, подтверждающее эту информацию. Это уже было серьезно, так как коммунисты в то время, когда пакт Молотова — Риббентропа оставался еще в силе, были «подозрительными элементами» и потенциальными «саботерами» военных усилий Великобритании.
В конце концов, соображения практической целесообразности победили, и уже 10 мая 1941 года Пайерлс направил Фуксу официальное письмо с предложением принять участие в «одном военном проекте». Клаус Фукс, не подозревавший, что речь идет о сверхсекретной программе создания атомной бомбы против Гитлера, неизвестно как существовавший на нищенскую аспирантскую стипендию, после недолгих раздумий согласился. Позднее он вспоминал, что даже если бы он знал о том, чем ему придется заниматься, он все равно бы согласился на предложение Пайерлса. 23 мая он написал Нэвиллу Мотту в Бристоль, что переезжает вскоре в Бирмингем, а уже в июне, после получения долгожданного «допуска», он подписал официальное обязательство о соблюдении Закона о защите государственных секретов (Official Secrets Act). Кстати, «допуск», подписанный английской службой безопасности, был образчиком бюрократического недомыслия, так как предписывал Пайерлсу следить за тем, чтобы Фукс как можно меньше мог узнать об общем характере исследований. Создать математический аппарат, не зная физической природы исследуемых явлений, было абсурдом, и поэтому еще до получения формального «допуска» Фукс принял активное участие в «доводке» теоретической расчетной части доклада исследовательской группы Пайерлса о величине критической массы урана-235 и проблеме разделения изотопов природного урана. Одновременно он начал самостоятельные и очень важные исследования в области гидродинамики газодиффузионного процесса.