间，苏联察觉到西方盟国研发原子弹的曼哈顿计画，遂成了其本国全力投入研制核武的转折点，历经9年时间的秘密研发，苏联于1949年的第一闪电试验中在塞米巴拉金斯克试验场成功试爆该国第一颗原子弹，苏联因而成为世界上第二个核武国家。1954年，库尔恰托夫获得了苏联国家奖。自1940年起，库尔恰托夫开始投入核武开发工程，之后主张发展和平用途的核技术。1950年，库尔恰托夫与沙哈诺夫共同研究开发氢弹的沙哈诺夫第三方法。其他库尔恰托夫完成的工程还包括发展与装设苏联第一台回旋加速器、建设苏联第一座核电厂—奥布宁斯克核电厂