1939年8月的一天，一封由著名科学家爱因斯坦签名的信，放在了美国白宫椭圆形办公室罗斯福总统的办公桌上：“总统阁下：
……元素铀在最近的将来，将成为一种新的、重要的能源。……在不远的将来，有可能制造出一种威力极大的新型炸弹。……目前德国已停止出售它侵占的捷克铀矿的矿石。如果注意到德国外交部次长的儿子在柏林威廉皇帝研究所工作，该所目前正在进行和美国相同的对铀的研究，就不难理解德国何以会有此举了。”
罗斯福总统默默地读完了爱因斯坦的信，他有些犹疑不定；这件事非同小可，这种谁也没见过的原子弹能否制造出来？人员、经费、保密问题如何解决？假如制造中不慎爆炸怎么办？
他召来了科学顾问萨克斯，萨克斯提醒他说，当年拿破仑就是因为没有采用富尔顿创造蒸汽船的建议，最终没能渡过英吉利海峡征服英国。如今，德国正在疯狂扩军备战，一旦他们得逞，美国就会处于危险被动的境地。
经过一周的思考和研究，10月19日，罗斯福决定对爱因斯坦的信作肯定的回答。他按了一下手边的电铃按钮，指着一大堆各种说明资料，对应声而入的军事助手平静地说道：“这件事必须很好地处理”。
按照罗斯福的指令，一个代号为“S—11”的特别委员会很快成立起来，开始了核试验研究。
1942年8月，美国陆军工程兵团建筑部副主任格罗夫斯将军主持“S—11”特别委员会的科学家和高级管理人员召开会议，制定了一个名叫“曼哈顿”的新计划。计划规定，研究工作所有指挥权都集中在“曼哈顿”工程管理处。格罗夫斯将军坐镇华盛顿“曼哈顿”总部，而新墨西哥州荒原上的原子实验室由著名科学家罗伯特、奥本海姆主持。他们俩每天通过电话联系，及时解决工作中出现的问题。
整个工作受到严格保密，连副总统杜鲁门也是在1945年罗斯福死后接任总统时才得知这一计划。
与此同时，纳粹德国也在加紧研究制造原子弹。1942年6月，罗斯福与邱吉尔会晤，全面衡量了双方研制原子弹工作进展情况。他们从情报中获悉，德国占领挪威后，便命令挪威一家生产重水的工厂每年向德国提供5吨重水。重水是使原子反应堆中的中子得以减速的缓冲材料。有了重水就能控制反应堆，制造原子弹就有了可能。为了阻止德国制造成原子弹，必须炸毁挪威的重水工厂，切断德国的重水来源。
1943年2月17日，盟国派出的突击队经过一次失败后，终于潜入了挪威重水工厂。他们把炸药贴在重水罐的桶板上，点燃了导火索，随着“轰”的一声爆炸，所有罐中的重水流入了下水道。
这次爆破的胜利，使这个重水工厂至少一年之内无法再生产出一滴重水。纳粹德国制造原子弹的工作受到了阻碍。为了抢在德国人之前造出原子弹，美国向欧洲战场派出了“阿尔索斯”行动小组，专门在欧洲各地搜捕德国科学家和收集德国制造原子弹的情报。美国认为，得到一个第一流的德国科学家，比俘获10个师的德军还要重要。
1944年春季，“阿尔索斯”行动小组忽然发现，在德国占领区的小镇黑兴根，有一个德国“U”计划“基地，这一情况传到了美国陆军总部。陆军参谋长马歇尔和几个高级将领趴在地板上的大地图上找了半天，才找到了这个不知名的小镇。他们当即决定，派出一个突击兵团袭击黑兴根。行动获得了成功，黑兴根的这个“U计划”基地被彻底破坏。
1945年7月16日5时30分，美国制造的第一颗试验性原子弹在新墨西哥州爆炸成功。一道闪电划破了黎明的长空，一团巨大的火球升上8千米高空，大地也在微微颤抖。美国整个西部都听到了爆炸巨大的声响，很多人惊奇地以为太阳提前升起了。
美国第一批制造出三颗原子弹。第一颗试爆的原子弹命名为“瘦子”，另外两颗分别叫“胖子”和“男孩”。
正在参加波茨坦会议的美国总统杜鲁门得知这消息，异常高兴。他认为，原子弹不仅是一种可以对付日本的军事武器，也是一种可以抑制苏联，提高美国国际地位的外交武器。8月2日在他归国途中，他决定立即对日本使用原子弹。