德战争撤离后，他在阿什哈巴德毕业。之后他被派往乌里扬诺夫斯克的实验室工作，在这段时期，他在1943年与第一任妻子克拉夫季娅结婚，并育有一子二女，克拉夫季娅在1969年逝世。萨哈罗夫在1945年返回莫斯科，在列别杰夫物理学院理论部继续学业，1947年取得哲学博士学位。
热核装置的研制.第二次世界大战结束后，萨哈罗夫开始对宇宙射线的研究。1948年，他参与了伊戈尔·库尔恰托夫领导的苏联原子弹计划，苏联在1949年8月29日对研制的第一种原子装置进行了测试。1950年移居保密行政区萨罗夫