美国对原子能的研究，自避居美国的奥地利科学家莉泽·迈特纳在1939年1月阐明铀原子可以分裂之际即已开始。当时，大多数物理学家已经认识到，由原子的分裂或裂变所产生的核能，既可用作和平目的的能源，也可以用来生产超级武器。第二次世界大战爆发以后，罗斯福总统的朋友和私人顾问亚历山大·萨克斯带着由爱因斯坦签名的信件拜访罗斯福并请求总统支持当时正在进行的原子能研究。总统为萨克斯的论证所打动，决定成立铀顾问委员会(后来改组为S—1委员会)。此事发生在 1939年 10月。1940年 6月，美国国防研究委员会（主席詹姆斯·康南特）成立。铀顾问委员会遂改为其下属委员会，开始实施庞大的研究计划。此后，罗斯福（杜鲁门于1945年4月继任总统后继续支持曼哈顿计划）为加强此项工作的领导而组建最高政策领导小组，由总统本人、副总统亨利·阿加德·华莱士、陆军部长亨利·刘易斯·史汀生、陆军参谋长乔治·卡特利特·马歇尔、范尼伐·布什和詹姆斯·康南特等人组成。1941年11月，铀顾问委员会脱离国防研究委员会而与之一道由科学研究发展局(局长范尼伐·布什)直接领导。当时的实验室的研究工作，主要是寻找从铀238中分离出铀235的物理方法，以及将铀238转变成一种能高度裂变的新元素钚。1941年3月，第一批超微量的钚239出世。1942年3月，理论与实践证明铀235可用离心、扩散和电磁过程来分离，而钚可由铀—石墨堆或铀—重水堆来获得，而且以上5种方法均可成功。1942年6月，原子能的研究实践使美国政府和科学家都得出结论：制造一种肯定可以用于战争的核武器是可能的。于是，罗斯福总统批准由布什提交的核计划报告，而詹姆斯·马歇尔上校则奉命组建新的工程区来执行该项任务并担任管区工程师（1943年8月马歇尔调任战场指挥职务，肯尼思·尼科尔斯接任管区工程师）。当时任建筑部副部长的格罗夫斯确定斯通与韦伯斯特工程公司和杜邦公司等作为协作单位，并协助马歇尔上校为生产工厂选择厂址，购买地皮、设备和材料。同年8月11日，格罗夫斯等人经过讨论后决定采用“曼哈顿”来命名新的工程区名称，因为马歇尔上校的总办公室最初将设在纽约市，而曼哈顿为纽约市的一个区。此举得到上级同意，曼哈顿工程区遂告成立，总部设在华盛顿。至1942年9月，曼哈顿计划已从纯理论研究发展到初步的生产工程。格罗夫斯就是在这种情况下走马上任的。有趣的是，格罗夫斯后来逐渐体会到军衔的特权在学术界竟然比在军界重要得多。就在1942年9月23日，史汀生主持召开会议，决定美国原子能事业监督机构的形式与组成，因而成立由科学研究发展局、陆军和海军三方代表组成的军事政策委员会，由布什（担任主席，康南特任候补主席）、格罗夫斯和威廉·珀内尔海军少将组成。次日，陆军委员改由陆军后勤部队参谋长斯泰尔担任。 曼哈顿工程区的保安工作，起初由美国陆军负责。时至1943年末，格罗夫斯建立起自己的全套保安机构，任命小约翰·兰斯代尔少校负责。保安工作的主要任务是，对参与本计划的各种人员加以控制，使重要机密落入敌人手中的可能性减少到最低限度。它要求对工作人员进行历史审查，未审查前不给予涉密工作。同时，还要求限制工作人员的交流。格罗夫斯认为，保安工作的核心问题是知识的局部化。即每个人应知道他执行任务时所需的一切东西，但不应知道更多的东西。格罗夫斯到任后，得知一些间谍活动对实验室的渗透，立即确定了保安目标：首先，决不能让德国人知道核计划工作或科学技术进展的任何情况；其次，尽一切努力使第一次使用原子弹成为谁也不曾料到的惊人之举；第三，不让俄国人知道有关原子弹的设计及制造过程的情况。在新闻保密方面，格罗夫斯制定的管理原则是：第一，不准发表可能以任何方式泄露重要机密的消息；第二，不准发表会使人们注意该项计划的任何方面的消息；第三，尤其重要的是，不准发表那些可能会被具有科学进展知识的外国间谍或任何人读了而能猜到美国正进行的工作的消息。同时，格罗夫斯要求新闻界一点都不要提到他的名字，以免使外国间谍注意他的活动。毫无疑问，曼哈顿工程计划整个实施过程中的保密工作是很成功的。 曼哈顿工程区接管保安工作的同时，还成立有一个特别的反情报组。到了1943年秋季，这个情报组负责接收由陆军情报部、海军情报部和战略情报局收集到的所有有关原子能方面的情报。格罗夫斯又担负起这个“额外的责任”。在整个曼哈顿计划中，德国的科学动态是普遍受到重视的。所以，格罗夫斯的情报工作的任务，主要是要尽快知道，如果德国人全力以赴地生产原子武器的话，他们现在能做到什么程度。在轴心国中，他们排除日本的原子工业成立的可能性。格罗夫斯的情报组推测，只有德国人对原子能感兴趣。因为，战前的挪威在奥斯陆以西75英里的里尤坎建有维莫尔克水电与化学联合工厂，而1940年德国占领挪威后，即要求里尤坎工厂的负责人同他们签订合同，为他们生产重水，然后运往柏林，供发展原子弹的实验之用。格罗夫斯曾建议并催促炸毁或破坏里尤坎工厂。1943年2月，努特·豪克里德等三名在破坏技术方面受过特别训练的挪威人，穿着英军制服，空降到挪威，并同当地的游击队会合，经过一星期左右艰苦的越野滑雪之后，到达里尤坎，于1943年2月28日袭击了维莫尔克联合工厂。然而，五个多月后，这些工厂又重新恢复开工。格罗夫斯又建议对这一目标实施空中轰炸。1943年11月 16日，140架美国轰炸机在“光天化日”之下进行大规模空袭，致使德国放弃修复该厂的打算而把所有生产重水的设备及重水运往柏林。1944年1月底，在重水生产设备及重水运送过程中，挪威游击队沿路进行狙击，成功地破坏了许多设备，豪克里德的抵抗小组则在联合工厂工程师的秘密帮助下，把装有大部分重水的渡船炸沉海底，使德国继续进行原子能试验的全部希望随之破灭。与此同时，格罗夫斯又倡导利用美军在意大利半岛登陆、诺曼底登陆以及向德国境内推进的有利条件，开辟情报来源；利用陆军情报部派往意大利的科学情报小组“阿尔索斯”获取情报，破坏实验室和工厂，占有科研人员。1944年1月，格罗夫斯派赫雷斯·卡尔佛特少校前往设在伦敦的曼哈顿联络处，利用美英两国的情报网，收集欧洲各国尤其是德国人在原子能方面所进行的各种工作的一切情报，使所有德国科学家的名字都无一漏网地列入美英情报机构的侦察名单中；同时有关的实验室、工厂和仓库的位置也一一注册。到了1944年后期，所有情报证明，德国在发展原子弹方面的工作仍处于试验阶段。至此，格罗夫斯得出结论：“来自德国的任何突然的核袭击的可能性几乎是没有 可能性。 雅尔塔会议后，对打败日本的方法是直接进攻还是围困，美国军界意见不一。鉴于进攻日本本土可能造成极大伤亡和必须争取早日结束战争，当时尽管原子弹制成日期是否与进攻日期相去甚远还没有定论，但美国政府使用原子弹的可能性依然存在。1945年春，在同马歇尔将军谈话时，格罗夫斯意外地得到由他负责选择原子弹轰炸目标并拟制轰炸计划的指示。格罗夫斯首先确定目标选择的一些决定性因素，接着着手设立特别委员会，以便推荐特定的目标。目标委员会最终选定小仓、广岛、新泻和京都。1945年7月23日，格罗夫斯为即将从海外作战基地提尼安出发的军事行动拟出最后的书面命令。7月26日，格罗夫斯又向在波茨坦的马歇尔将军提交备忘录，请求对 核击日本的作战计划做最后的批准，并提出由他全面负责原子裂变炸弹计划，对日本作战的一切命令最初都要由格罗夫斯提出，经马歇尔将军批准，再经阿诺德签署而发出。很显然，格罗夫斯想以此表明，美国的战略核武器的运用，一开始就像核武器研制一样，是在科学技术的指导与控制之下的。格罗夫斯在备忘录中还预计了第3颗原子弹的生产速度。马歇尔将军和史汀生部长经哈里·S·杜鲁门总统授权而批准该项计划。 广岛是第一个目标，轰炸广岛的瞄准点是在日本陆军总部附近。1945年8月5日傍晚，最后检查工作已经全部完毕。负责执行首次原子弹轰炸任务的是美国第20航空队第509混合大队 的“埃诺拉·盖伊号”B—29重型轰炸机，飞行员为大队长保罗·蒂贝茨上校。“小男孩”原子弹 业已准备完毕，飞机随时可以起飞。8月6日清晨3时，蒂贝茨上校驾机从提尼安岛起飞，9时 许在广岛上空投郑了第一颗原子弹。广岛居民当天即被炸死7.8万人、被炸伤和失踪者5.1 万余人。8月9日，斯威尼少校驾驶“博克之车号”B—29轰炸机将“大个子”原子弹投掷在长崎上空。美国战略轰炸统计局估计，约有2.3万人死亡，4.3万人受伤。1945年8月15日，日本天皇通过广播宣布接受无条件投降条款。原子弹轰炸无疑是加速日本法西斯崩溃的重要因素之一。需要指出的是，原子弹的研制成功，是广大科学家、工程技术人员、曼哈顿工程区全体官兵以及有关机构和企业通力合作的结果。
