由於鈾片特殊的排列方式，使這次爆炸的威力並沒有完全發揮。要不然的話，不止在場的科學家性命難保，甚至在研究室周圍的地區，也會遭受慘重損失。幸好，費米不隻是位優秀的理論學家，也是位十分小心的實驗家，使得這次實驗順利進行，也解開了鈾連鎖反應的實際真麵目！
同時，在洛斯阿拉莫斯的奧本海默、泰勒、貝特、席堡等科學家，則繼續炸彈的設計工作。
最初提出的設計，有些類似密閉的大炮，發射出一枚鈾子彈，射向另一個裂變物質，鈾將達到“臨界質量”而引發核爆這種方式稱為“手槍式”。這種“手槍式”的主要問題在於，鈾分裂速度是否快到足以引發核爆的程度？另外，科學家也在研究利用鈈元素製造原子彈的可能性。
鈈是一種人造元素，可用芝加哥鈾片管反應爐來製造，另外軍方在田納西州的橡樹嶺以及華盛頓州的漢福德鎮兩地亦有生產。由於鈈元素是人工製造，而非自然界現存的，必須更仔細地研究其原子特性。
科學家第一個要解決的問題是，散亂開來的中子對鈾及鈈的影響。初步的實驗數據很明顯地顯示，這些中子會使得利用“手槍法”的炸彈提早爆炸，而如果鈾或鈈過早爆炸，那分裂所產生的能量，則無法完全集中發揮出來。
洛斯阿拉莫斯的科學家們討論後，提出不少解決之道。其中一個方法就是將鈾彈以高速發射出使其盡快到達指定地點，免去散亂中子的幹擾。很可惜，這個方法所需的高速為每秒900米，一般軍用大炮都不合用，因此奧本海默下令手下的大炮小組開始設計一個高速炮。
奧本海默手下的一位較年輕的物理學家卻有另一套方法。塞思·寧德梅耳提出“內爆式”的方式，將鈾或鈈擠壓成高密度的核心。管狀的鈾或鈈周圍以爆裂裝填物包圍，首先引爆周圍所有的爆裂物，用它所產生的力量來擠壓鈾或鈈，一直到達“臨界質量”。
如此一來，就可以減少中子的亂流幹擾，但不少資深科學家馬上指出另外一個問題點：如何才能夠“平均地”去擠壓鈾呢？如果爆裂力量不平均，那麼內部的鈾或鈈，很可能擠開至兩端，而無法達到“臨界質量”。
盡管有這個問題，奧本海默仍對寧德梅耳的“內爆式”十分有信心，並鼓勵他及一小組人員，開始研究其成功的可能性。
在1943年的夏秋季，在洛斯阿拉莫斯的山丘及峽穀，不時傳出實驗的爆炸聲。同時，也有科學家利用一個小型回旋加速器研究證明鈾-235釋放及吸收中子的速度很快，實際吸收速度少於10億分之一秒，可用在“手槍式”炸彈中。
另外一位科學家研究發現，手槍式炸彈的中子亂流是由宇宙射線所引起的，由於洛斯阿拉莫斯的地勢較高，稀薄的空氣無法阻擋宇宙射線；艾米利歐·塞格雷還計算出，如果炸彈外加一護罩，那就沒有什麼大問題了。
因為這項發現，奧本海默下令大炮小組，暫停高速炮的製造，采用一般軍用改良大炮即可。這個“手槍式”鈾彈，似乎已接近完成階段了。
奧本海默及洛斯阿拉莫斯的科學家，還不太肯定鈈彈能否成功。其中一點是鈈釋放出大量的中子，因此絕對不能用於“手槍式”的炸彈，或許可以適用“內爆法”的炸彈。不過，內爆法炸彈的研究進行得並不順利。
到1944年初，奧本海默就麵臨一個困難的抉擇，他清楚地知道，“曼哈頓計劃”的田納西州及華盛頓州的工廠，要一年或一年半後才能開始提供第一批鈾-235及鈈，因此，美國政府現在手邊的材料隻夠做幾顆炸彈。
科學家不但要讓“手槍式”及“內爆式”兩種炸彈都成功完成，而且還得加快進度才行。奧本海默決定撤換“內爆式”炸彈研究小組的領導人塞思·寧德梅耳，而改由喬治·基斯塔科夫斯基來接任，他是由外麵招進洛斯阿拉莫斯的一位爆炸專家。
這個決定，就像奧本海默必須作的其他人事調動，點出了在洛斯阿拉莫斯的每位工作人員所感受到的極度壓力以及情緒壓迫。
基斯塔科夫斯基回憶道，在戰後“每件事都顯得簡單、輕鬆，大家都成為好朋友”！
但他強調，在1944年至1945年的洛斯阿拉莫斯可大不相同。他想起他當時第一個反應，說道：“幾個星期後，我才發現我的位子十分不穩，因為基本上我夾在兩個水火不容的塞思·寧德梅耳以及他的上司迪克·帕森斯中間，並要為他們的研究成果理出個頭緒。”
在整個紛亂過渡期，奧本海默總是保持著研究室領導人應有的穩重。有時，他會對進度緩慢的科學家大聲叫罵或羞辱，不過這情形並不常見。他的領導風格中最出色的一點是，他在壓力下所保持的一貫沉穩的態度。
1944年，外界對奧本海默最大的打擊，是他的前任未婚妻簡·塔特洛克的死訊！簡·塔特洛克是在伯克利自殺身亡的。當時一直對她保持監視的軍方，馬上就知道了她的死訊，卻一直沒有讓奧本海默知道。當他在簡·塔特洛克死後一個月得知這個不幸消息時，立刻放下手邊工作，到台地上的鬆樹林裏走了好久。
軍方對奧本海默的監視仍未有一點鬆懈，而他本人也很清楚。盡管壓力與日俱增，但他沉著的態度，使得研究工作進展十分穩定。
愛德華·泰勒提到當時的奧本海默，說道：
在大戰這段期間，奧比對研究室裏每一個角落所發生的事都了如指掌。他在分析人際關係及技術問題上十分迅速而且深入。
奧本海默很清楚每位工作人員間的相互關係及其喜惡。他知道如何去組織人員、打氣、說笑，並安撫情緒——也就是以看不見的手，強而有力地領導整個研究室。
他是個為國奉獻的典範，也是位滿懷人道精神的英雄。讓他感到失望的是人們感到一絲的罪惡感。
1944年底到1945年，奧本海默開始得到正麵的結果。首先由“內爆式”炸彈的研究小組傳來好消息。基斯塔科夫斯基在來洛斯阿拉莫斯之前，就在快速及慢速燃燒的爆炸物方麵有深入的研究。
根據他的經驗判斷，他知道如何將爆裂物放入精密的儀器中來產生一個巨大卻能控製的爆炸。運用他的知識，他將內爆法炸彈的內部結構作了一番調整。他將外包的管狀容器改成球形。一個由快燃及慢燃爆炸物的組合，改以片狀排列在中央的核心周圍，同時引爆以造成一個向內的壓力，將核心的鈈壓縮至臨界質量，1944年所得到的實驗結果證明這個方法行得通。
1945年初，測試炸彈各種不同模型的主要實驗開始進入最後階段。其中最重要且最具危險性的一刻，也許是模擬連鎖反應開始的那百萬分之一秒。
在洛斯阿拉莫斯的另一位流亡科學家奧圖·弗裏施負責這一部分的研究。弗裏施先在桌麵上，將鈾片堆高，在桌子上方的兩條鋁條上放置一片2寸長、6寸寬的鈾片。接著將鋁條上的鈾片掉落到桌麵上的鈾片堆的洞中，並觀察接觸那一瞬間所產生的核子反應。
他所使用的鈾比一般的還純，但仍比真正的炸彈材料略差。盡管如此，如同弗裏施所解釋的：這是我們在沒有真正造成爆炸的情況下，所能做的最接近真實狀況的引爆，結果相當令人滿意。一切都按原計劃進行，當鈾片掉落到洞裏時，發出一束強大的中子，並有溫度上升的現象，就在那一刹那，連鎖反應開始進行，像硬被壓抑下來的爆炸。
弗裏施的一位同事戲稱這次實驗是“牛刀小試”。
憑借這次以及後續的實驗，洛斯阿拉莫斯的研究人員們才決定製造彈芯的原料大約需要15千克的鈾，或是5千克的鈈。
實驗取得了可喜的進展，奧本海默的下一個難關就是要說服格羅夫斯，讓他在內爆式原子彈使用前進行一次實彈試驗。
原來格羅夫斯在何時能使用原子彈的日期問題上向陸軍部長史汀生打過保票，因此他認為這種實彈試驗可能白白浪費如此寶貴的鈈，從而影響他向軍方提交第一枚實用原子彈的時間。
奧本海默不得不去向史汀生解釋，如果不經試驗，而在實際使用時發現鈈彈根本不行，會產生多麼嚴重的災難性後果。但直到基斯塔科夫斯基提出“製造一個保險容器用於回收爆炸後的鈈”的建議後，格羅夫斯才同意了實彈試驗的要求。
工程支隊的危機
一係列的研究和實驗需要增加數百人的技術隊伍，後來，一直為此苦惱的奧本海默為招聘新的人員找到了渠道。他可以從兩個來源找到所需要的人：即從陸軍中挑選，或者從即將結束的其他戰時科研項目的人員中挑選。
初看起來，似乎從陸軍中挑選到合格的物理學家與工程師的希望不大。但當時陸軍剛剛執行一項計劃，即從應征入伍的新兵中挑選一批合格的人員編成特種工程支隊。
奧本海默充分利用了這項計劃所建立的技術隊伍。1944年下半年，新編的特種工程支隊源源不斷地開到洛斯阿拉莫斯。當內爆研究達到高潮時，基斯塔科夫斯基研究組的600人中有400多人屬於特種工程支隊。前特種工程支隊士兵阿羅·菲什拜因說：
每天早上6時吹起床號，6時30分開始上操，一直操練到早晨8時上班，已經十分疲勞。而且，我們的工作時間很長，有時在車間加工一些部件，直到第二天淩晨兩三點鍾才能上床睡覺。生活條件糟透了。
特別是1944年的冬天異常寒冷，營房的水管凍裂了，真正產生了水荒。情況變得格外糟糕。試想30個人擠住在一間屋裏，每人每天隻發一桶水，洗什麼都靠它。
因此，我們隻好每天衝洗一次廁所。在洛斯阿拉莫斯的文職人員與他們家庭的生活條件雖已算很差，但我們這些軍人的生活簡直糟得無法忍受。我們有些人隻好搞點歪門邪道。在我工作地點的過道旁有一間放射性去汙淋浴室，我們經常偷偷地上那裏去衝澡，一直到被管理人員當場抓獲為止。
特種工程支隊的士兵看起來在各方麵都要受到歧視。
他們一方麵要遵守陸軍的嚴格紀律，另一方麵卻又得不到晉升的機會，因為脫離士兵這種苦難生活的階梯，軍官學校由於保安方麵的原因，對他們關上了大門。
科學家們也由於保密原因，用不信任的眼光來看待他們。
新兵們對自己從事的任務性質一無所知，隻感覺到身邊這些文職人員的同事們躲躲閃閃，特別不願意與他們合作。
特種工程支隊的問題最後發展到很嚴重的地步，使得奧本海默與基斯塔科夫斯基發現，他們有麵臨一次兵變的危險。士兵們不滿情緒的焦點集中在他們的指揮官身上。
基斯塔科夫斯基回憶道：
這位指揮官是一位應征入伍的典型軍人，來自南波士頓，說話帶有濃厚的愛爾蘭口音。
他天生憎恨哈佛大學，憎恨知識分子，憎恨一切人。因此，年長的士兵們最後忍不住跑來找我，說他們想要向陸軍當局遞交一份抗議書，要求調走這位指揮官。
我直截了當地告誡他們，在戰爭期間，軍人提出抗議就會被認為是反叛上級，千萬不要這樣做。我跟他們說，讓我們去找奧本海默。
基斯塔科夫斯基真的找到了奧本海默。當格羅夫斯下一次訪問洛斯阿拉莫斯時，奧本海默就乘機向格羅夫斯告了狀。
格羅夫斯尖銳地批評奧本海默多管閑事，因為這純屬陸軍內部的事務。
奧本海默為了維持他兩人的團結，便不再多嘴，就閃在一旁讓基斯塔科夫斯基去繼續這場特殊的鬥爭。
基斯塔科夫斯基回憶當時的情況：
“我要求搭乘格羅夫斯的汽車與他一起由洛斯阿拉莫斯去阿爾伯克基，終於有一天在後半夜我與他一同上車，於是在車上展開了辯論。”
“我向他反複強調說，這種惡劣情況已經影響到中層技術人員。我是這個組的負責人，如果情況不改善，我隻好辭職不幹。我向他坦率地說，‘你知道我自己並不願意到這裏來工作，而且，不僅如此，你也無權扣住我不放。我的年歲早已超過征兵年齡，我完全可以辭職不幹。’”
“格羅夫斯對我的話反應非常強烈，他大聲斥責我幹涉軍隊的內部事務。但這次談話卻收到了效果。
事後，那位指揮官被撤換了，調去當軍官食堂的主任。問題就這樣解決了。”
調走這位指揮官後，情況發生了巨大的變化。
特種工程支隊士兵們的生活有了明顯的改善。
阿羅·菲什拜因這樣寫道：“我不習慣在營房裏睡覺，不久以後，就被批準在實驗室的工作台下麵架一個床鋪，這至少還可以在那裏自己做飯吃，簡直太美了。”
另一名士兵瓦爾·菲奇寫道：“起床號取消了，公共廁所也改由雇來的民工打掃。但我們仍要承擔管理營房倉庫這種雜務……根據陸軍的傳統，副排長應負責派人管理倉庫。
但在這個營房裏，我們建議在自願擔任管理工作的士兵中推選一人承擔，並付給他一定的報酬。”
“每星期六早晨仍然安排有檢查內務的項目，但對內務整潔的要求卻放鬆了。新任的連長以高速度匆匆走過營房，速度僅亞於光速，看一眼，然後萬事大吉，下星期六再見！”
度過艱苦的生活
1944年秋，內爆式與手槍式結構所用的炸藥試驗達到了高潮。由於發現鈈彈根本不可能采用槍式結構，至少在這方麵科學家們的任務輕鬆了一些。他們不必再試驗以設法達到槍式鈈彈所需的極高壓攏速度。
直到1944年12月，科學家們才試驗了真正的槍式結構武器。通過試驗表明，采用槍式結構的鈾彈毫無提前起爆的危險。因此，隻要橡樹嶺工廠能夠生產出足夠數量的鈾-235，這種原子彈立即可以製成並交付使用。
然而，橡樹嶺工廠的生產卻落後於原定進度，而且麵臨巨大的技術困難。預計到1945年8月前，不大可能生產出第一枚原子彈所需用的全部金屬鈾。
內爆式結構的試驗雖然在全力以赴地進行，但情況並不理想。開始的一批試驗未能取得肯定的結果。10~11月持續不斷的試驗也未能表明所采用的透鏡形炸藥能否產生真正對稱的衝擊波。
12月14日，試驗小組又改用了完全新的方法進行了一係列新的試驗，這時才第一次看到了可能獲得對稱性衝擊波的跡象。幾天之後，格羅夫斯和科南特訪問了洛斯阿拉莫斯，以便親自評價內爆式試驗進展的程度。
他們兩人雖然在公開場合都表示對試驗結果非常樂觀，並與奧本海默打賭，看他能不能在槍式原子彈有足夠的原料之前就製成內爆式原子彈，但他們私下卻表示對內爆式原子彈的前景非常擔憂。
他們估計，內爆式原子彈的威力最多不過850噸左右的TNT當量，甚至還可能小於此數。確實，一方麵，由於當時人力物力都十分缺乏，他們都十分懷疑這種武器能否在1945年內試驗成功。另一方麵，訂貨也成為一個嚴重問題，因為工業界看到戰爭快要結束，開始放鬆了軍事訂貨的生產，從而為內爆式試驗帶來更多的困難。
在人力方麵，奧本海默雖然得到了特種工程支隊的大力支援，但仍感人手缺乏。他無法支付像其他工業那樣高的工資，同時，當年冬季洛斯阿拉莫斯的氣候特別壞，也使一些人不敢問津。
直到1944年11月至12月，他才好不容易招聘了200人，但到了1945年2月，其中約有1／3卻聲稱由於環境過於艱苦而辭職不幹了。
在1944年漫長而嚴寒的冬季，由於洛斯阿拉莫斯居民生活方麵的困難，使得隊伍的士氣格外低落。住房短缺仍然是嚴重的問題。
麥基建築公司在12月完成了第三期的住房工程，但由於新的人員大量湧入，致使房屋短缺的情況並無改善。
在住房分配方麵，由於規定科學家比技術員有優先權，又產生了新的矛盾。甚至在采取了這樣的政策後，即對不帶家屬到洛斯阿拉莫斯來的技術員每人發給100美元津貼，也絲毫沒有減輕對住房的壓力。
同時，在整個冬季，水的供應嚴重短缺。經過常年積雪，山嶺的輸水管線經常發生堵塞。
人們把這種生活上的艱苦原因主要歸罪於“格將軍”，也就是格羅夫斯的綽號，不是沒有理由的。格羅夫斯總是把洛斯阿拉莫斯的一切設施都看做是臨時性的，因此很少建造像樣的正式建築。
由於洛斯阿拉莫斯實驗室在他直接管轄之下，因此他的這種吝惜程度，使這裏的住宿條件比“曼哈頓計劃”內其他所有項目都更差。而且，應當承認，不知什麼原因，奧本海默也默許這種狀況，同意格羅夫斯把洛斯阿拉莫斯看做是一處臨時性的設施。
奧本海默本人的家庭生活也受到了住房緊張的影響，他住在“浴池街”的一個帶外廊的平房內。就洛斯阿拉莫斯的標準來說，這也算是 “高級住宅”了。
這批平房距離雨天泥濘而晴天塵土飛揚的糟糕街道比較遠，而且室內的水暖設備比較完善。基蒂帶著兩歲的兒子彼得來到洛斯阿拉莫斯一年後又生了個女兒，取名叫托妮。
基蒂帶著嬰兒，也經受了物資短缺的種種痛楚：從買不到喂奶用的橡皮奶嘴，直到沒有洗尿布的設施，她從來也沒積極參加基地內的社交活動。
基蒂是一位生物學家，她參加實驗室工作，但拒不承擔社交生活中的“主任夫人”這一角色。於是洛斯阿拉莫斯實驗室的正式社交活動的中心轉移到第三把手威廉·帕森斯夫人的家中。甚至在有關日常生活的指導中，基蒂的名字也從未出現。
這種報道是高級科學家們的妻子撰寫的。其中沒有出現過基蒂的名字，可能表明她寧願與男同事交往，也不願與婦女們交朋友。但也有人認為其原因不止於此。
奧本海默當時的女秘書普麗西拉·杜菲爾德回憶道：
基蒂是一位非常熱情、非常聰明、精力充沛的婦女，我認為她無所不知。她固然與其他的婦女合不來，而且男同事，甚至很有教養的男同事，也說她過於潑辣，這是我難以想象的。
我認為她肯定對來到洛斯阿拉莫斯非常失望。我確信她曾有過浪漫生活的想法，但從未能得到滿足。這種想法年年折磨著她，使她變得越來越灰心喪氣。
我不知道基蒂對奧本海默的影響有多大。但我猜想，奧本海默遇到自己解決不了的難題，常常會征求她的意見。他對基蒂意見的重視程度，不亞於對其他人忠告的重視。
基蒂的沮喪心情與孤獨感不斷增長，從很多方麵可以表現出來。她的孩子們首先受到這種情緒的傷害。奧本海默的弟妹傑基回憶她1945年在洛斯阿拉莫斯時的情況說：
孩子們真可憐。基蒂有時到阿爾伯克基，甚至到西海岸去買東西，一去就是好幾天。她把孩子們留給一位德籍女仆看管，這個女仆對孩子們很凶。每次基蒂回來，總要帶一些貴重的禮物給彼得，她肯定是內心感到非常難過和抱歉——可憐的基蒂。