При анализе каждого цикла исследований, проведенных американскими физиками, Курчатов в своем заключении оценивал и состояние соответствующих работ в Советском Союзе: он, в частности, отмечал ведущиеся изыскания Ф. Ф. Ланге и И. К. Кикоина по разделению изотопов урана методом центрифуги; М. И. Корнфельда и Д. М. Самойловича — по разделению изотопов методом ректификационных колонн; Г. Н. Флерова, К. А. Петржака и М. Л. Орбели — по сечениям деления урана при облучении нейтронами в области средних энергий; работы академика АН УССР А. И. Бродского по получению тяжелой воды, Я. Б. Зельдовича, Ю. Б. Харитона и И. Я. Померанчука — по расчету критической массы и замедления нейтронов; В. И. Спицина, Ан. Н. Несмеянова, В. Г. Хлопина — по химии урана. Высказывалась также возможность развертывания работ по разделению изотопов методом электролиза в Коллоидно-электрохимическом институте АН СССР у академика А. Н. Фрумкина.

12 апреля 1943 года в Академии наук СССР вышли сразу два приказа: № 1 — о создании нового научного коллектива, зашифрованного под названием Лаборатория № 2. Другим приказом начальником этого засекреченного объекта назначался профессор И. В. Курчатов.

Четко сознавая, что единодушие в новой, сложной и трудной работе — залог успеха, Игорь Васильевич собирает сперва группу единомышленников из пяти человек: приглашает в лабораторию профессоров Я. Б. Зельдовича и Ю. Б. Харитона, вызывает из Свердловска члена-корреспондента И. К. Кикоина, а из Казани — члена-корреспондента А. И. Алиханова и Г. Н. Флерова. Поселившись вместе в одном из номеров гостиницы «Москва», они перво-наперво наметили, какие исследования должны стать первоочередными, кто из них будет заниматься ураном, графитом и тяжелой водой, разделением изотопов и непосредственно конструкцией атомной бомбы. Курчатов, которого из-за его окладистой смоляной бороды и в соответствии с рекомендованной органами госбезопасности зашифровкой стали называть за глаза Бородой (по документам он проходил под фамилией Бородин), взял на себя задачу создания уран-графитового котла для производства атомной взрывчатки, то есть плутония.

Алиханов избрал направление — уран с тяжелой водой. Харитон и Зельдович решили продолжить разработку непосредственно бомбы.

Определив между собой обязанности, эта же группа ученых без промедления приступила к подготовке обзорной статьи по урановой проблеме для доклада правительству. Отпечатанная почти на шестидесяти страницах записка носила научно-популярный характер. 25 апреля 1943 года она была доложена в Совнарком. После ее одобрения Курчатову были даны большие права и чрезвычайные полномочия: по правилам военного времени ему было оформлено специальное разрешение ГКО на отзыв с фронта и с военных заводов, а также из эвакуации нужных для работы над атомной программой ученых различных направлений, инженеров и специалистов.

Вскоре в Москву начали съезжаться физики-теоретики и экспериментаторы, металлурги и радиохимики. Первые заботы Курчатова — бытовые вопросы: накормить и расселить прибывших. Все это Игорь Васильевич взял на себя. Даже на обеды в Доме ученых на Кропоткинской улице он выезжал теперь вместе со всеми в крытом грузовике. Это радовало и ободряло людей, испытавших в эвакуации и на фронте лишения военного времени. И все же не все прибывшие в Москву — их поначалу насчитывалось 20 человек — верили в успех начинавшихся работ в доме № 3 по Пыжевскому переулку, где Академия наук позволила разместиться Лаборатории № 2. Курчатов, объясняя сложившуюся ситуацию с исследованиями по урану и плутонию в Англии и США, убеждал сомневавшихся ученых и специалистов, что единственный путь защитить страну — это наверстать упущенное время и незаметно для внешнего мира создать достаточного масштаба атомное производство. Если же у нас об этом раззвонят, то США так ускорят работу, что нам будет их не догнать. Для убедительности тех же сомневающихся Игорь Васильевич приводил пример с успешными исследованиями Юлия Харитона и Якова Зельдовича, которые в 1939 году, начав заниматься расчетами цепной ядерной реакции деления урана, поняли, что раз ядро делится, то за счет высвобождающейся энергии может получиться огромной взрывной силы боеприпас, впоследствии получивший название атомной бомбы.

Постепенно после предварительных обстоятельных бесед Курчатова с каждым люди начинали включаться в работу. Трудились они напряженно, ответственно, понимая одно: если в военные годы отзывают человека с фронта, то работать надо не щадя своих сил. Чувство долга перед теми, кто воевал на передовой, рисковал жизнью, было для сотрудников Лаборатории № 2 таким стимулом, который снимал усталость и возникавшие настроения упадничества и неверия в то дело, которым они начали заниматься, не имея в достатке даже простейших электроизмерительных приборов и инструментов. Спокойный, рассудительный Курчатов старался понемногу увеличивать коллектив лаборатории, сам тщательно отбирал наиболее подходящих для дела специалистов, приглашал старых своих товарищей по Ленинграду. Шаг за шагом включались в исследования И. И. Гуревич, Ю. Я. Померанчук, Г. Я. Щепкин, родной брат руководителя атомного проекта — Б. В. Курчатов, затем в лабораторию пришли В. П. Джелепов, В. А. Давиденко, Л. М. Неменов, М. С. Козодаев и другие. И вот уже не стало хватать мест для работы в Пыжевском переулке. Курчатов занимает пустующие помещения на Большой Калужской.

Но и этого вскоре становится мало: планы Лаборатории № 2 быстро расширялись, требовались дополнительные производственные площади для проведения новых исследований и экспериментальных работ. Руководителю атомного проекта предложили место под строительство Лаборатории № 2 на Разгуляе, но Курчатов отказался от него: в городе, он считает, тесно, а у объекта настолько велико будущее, что он сам не может пока предсказать. Заручившись поддержкой ГКО, он разъезжает по городу в поисках наиболее подходящего места и останавливает свой выбор на краю бывшего Ходынского поля, десятилетиями служившего артиллерийским и пулеметным стрельбищем. Рядом были сосновая роща, недостроенное трехэтажное здание, два каменных домика, два складских помещения без крыш и в полукилометре от них корпус небольшого завода медицинских рентгеновских аппаратов. Пока шла война, решили вывести отсюда завод в Теплый Стан, а тут построить все необходимое для Лаборатории № 2. Лабораторией № 1 стали тогда называть лабораторию К. Д. Синельникова, который после освобождения Харькова летом 1943 года, согласовав план действий с Курчатовым, вернулся в родной город, чтобы восстановить разрушенный немцами научный центр украинских физиков.

Но была и третья лаборатория, которую создали по указанию Л. Берии на всякий случай: вдруг что-то не получится у Курчатова или он умышленно начнет заниматься надувательством. В нее были подобраны из «шарашки» так называемые дублеры.

В том же 1943 году по рекомендации Сталина кандидатура Курчатова была включена на избрание его академиком. Но на тайных выборах он не прошел, избрали Алиханова. Иоффе, понимая, что с мнением великого вождя надо серьезно считаться, убедил президента Академии наук СССР В. Л. Комарова выйти с предложением в ЦК КПСС о добавлении еще одной единицы для голосования специально под Курчатова. Так со второго захода Игорь Васильевич в свои сорок лет «без конкуренции» стал академиком.

После передачи Курчатову разведывательных материалов Персея Овакимян по указанию Фитина подготовил и направил в Нью-Йорк шифротелеграмму Квасникову. В основу ее легли задачи, поставленные Берией по приобретению источников информации в Хэнфорде и на других производственных объектах «Манхэттенского проекта». Квасников еще раньше, как только приступил к выполнению своих обязанностей, стал разворачивать новую специализированную резидентуру — научно-техническую. Это вызывалось не только получением сведений, связанных с созданием первой в мире американской атомной бомбы, но и, главным образом, событиями того времени: в войну роль любой разведки всегда значительно возрастает и становится чрезвычайно важной.