ניתן לייחס חלק גדול מההתקדמות הגדולה במחקר ובפיתוח של תהליך ההפרדה האלקטרומגנטית לסגנון מנהיגותו של לורנס. האופטימיות, החוצפה וההתלהבות שלו היו מדבקות. אנשי הצוות שלו עבדו שעות רבות, ומנהלני אוניברסיטת קליפורניה עקפו מכשולים ביורוקרטיים כדי לקדם את הפרויקט אף שכלל לא ידעו מה מטרתו. אנשי הממשל הפדרלי החלו לראות בפיתוח מהיר של פצצות אטום, כדי להספיק להשפיע על תוצאות מלחמת העולם הנוכחית, אפשרות אמיתית וברת ביצוע. וניבר בוש, ראש המשרד למחקר ופיתוח מדעי (OSRD), שפיקח מטעם הממשל על הפרויקט, ביקר בברקלי בפברואר 1942 ומצא את האווירה שם "מעוררת" ו"מרעננת". ב-9 במרץ 1942 הוא דיווח לנשיא פרנקלין רוזוולט, כי ייתכן שניתן לייצר מספיק חומר לפצצה כבר באמצע שנת 1943, על סמך הערכות חדשות של רוברט אופנהיימר שהמסה הקריטית הדרושה לפצצה היא כדור אורניום-235 טהור, שמשקלו בין 2 ל-2.5 קילוגרם.
הניסויים עם המגנט בגודל 184 אינץ' הובילו לבניית אב-טיפוס של קלוטרון שכונה XA. הוא כלל מגנט מלבני של שלושה סלילים, עם שדה אופקי שבו יכלו מכלי הקלוטרון לעמוד זה לצד זה, וארבעה תאי ואקום שבכל אחד מהם מקור כפול של חומר להפרדה. ב-25 ביוני 1942 התקיימה ישיבה של ועדת S-1, ובה נקבע שחברת סטון אנד ובסטר תהיה הקבלן הראשי של הפרויקט לענייני תכנון והנדסה. בישיבה גם עלתה הצעה להקים את מפעל ההפרדה האלקטרומגנטית באוק רידג' שבטנסי, ושם גם יוקמו מתקני פרויקט מנהטן האחרים, כך שירוכזו באתר אחד מטעמים כלכליים וביטחוניים. לורנס התנגד בגלל רצונו להקים את מפעל ההפרדה האלקטרומגנטית קרוב יותר לברקלי. אזור סכר שסטה בצפון קליפורניה נבחן כאתר אפשרי למפעל האלקטרומגנטי עד ספטמבר 1942, כשאז הסיר לורנס את התנגדותו.
הצבא קיבל אחריות על פרויקט מנהטן ב-17 בספטמבר 1942, ובריגדיר גנרל לסלי גרובס מונה למנהלו, אך רק ב-1 מאי 1943 קיבל הצבא לידיו רשמית את כל חוזי ההפעלה בין ה-OSRD הפדרלי ואוניברסיטת קליפורניה.
בין אוקטובר 1942 לנובמבר 1943, ביקר גרובס מדי חודש במעבדת הקרינה בברקלי. דו"חות הצביעו על כך שבהשוואה לתהליך האלטרנטיבי שמבוסס על דיפוזיה גזית, או אפילו בהשוואה לבניית כור גרעיני לייצור פלוטוניום, זמן הבנייה של מפעל הפרדה אלקטרומגנטית יהיה ארוך יותר, ידרוש חומרים נדירים ויקרים יותר, וידרוש יותר כוח אדם ויותר וחשמל להפעלתו. עלות קילוגרם חומר בקיע תהיה לפיכך גדולה יותר. מצד שני, בעוד שתהליכי ההפרדה האלטרנטיביים עדיין עמדו פני קשיים טכניים מרובים, התהליך האלקטומגנטי הוכח כעובד, וכן ניתן היה לבנותו בהדרגה ובשלבים כך שמיד יתחיל להפיק חומר בקיע.
מעבדת הקרינה בברקלי העבירה תכנונים ראשוניים של מפעל הייצור לקבלן הבנייה סטון אנד ובסטר לפני סוף השנה, אך עניין אחד חשוב נותר עדיין בסימן שאלה. אופנהיימר טען שהאורניום בפצצה חייב להיות ברמת ניקיון של 90% אורניום-235 טהור. אדוארד לופגרן ומרטין קמן חשבו שלא ניתן להשיג זאת ללא שלב שני של העשרה. שני השלבים נודעו כאלפא ובטא. במרץ 1943 אישר גרובס הקמה של חמישה מסלולי מרוץ אלפא ושני מסלולי בטא. בספטמבר הוא אישר ארבעה מסלולי מרוץ אלפא נוספים שנודעו כאלפא 2, ועוד שני מסלולי מרוץ בטא שיעבדו את התפוקות של מסלולי אלפא.
בנייה.
בניית מפעל ההפרדה האלקטרומגנטית באוק רידג', ששם הקוד שלו Y-12, החלה ב-18 בפברואר 1943. המפעל כלל בסופו של דבר תשעה מבנים לתהליכים העיקריים ו-200 מבנים נוספים שהשתרעו על שטח של כמעט 80 אקר (324 דונם). השטח בן 825 האקרים (1,356 דונם) בעמק נחל דוב (Bear Creek Valley), דרומית-מערבית לעיירה אוק רידג', נבחר מתוך תקווה ששרשרות הרכסים שסביבו יוכלו לספוג פיצוץ גדול או תאונה גרעינית. בעיות בתשתית הקרקע חייבו השקעה נוספת ביסודות (ביצוע פיצוצים וחפירות נוספות), כדי להבטיח יסודות חזקים מספיק למבנים ולציוד הכבד שבהם.
ציוד וחומרים מכל הסוגים הובאו לאתר הבנייה: 2,157 מטעני-קרון של ציוד חשמלי, 1,219 מטענים של ציוד כבד, 5,389 מטענים של קורות עץ, 1,407 מטענים של צנרת ואביזרים, 1,188 מטעני פלדה, 257 מטעני שסתומים ו-11 מטענים של אלקטרודות ריתוך. מסלולי הייצור דרשו 85,000 שפופרות ריק. במידת האפשר נעשה שימוש ברכיבי מדף, אך מרכיבים רבים מדי שנדרשו לבניית קלוטרונים היו ייחודיים ויקרים. שתי מחלקות רכש הוקמו, מחלקה אחת לציוד מתקנים בבוסטון, ליד סטון אנד ובסטר, והשנייה לחומרי בנייה באוק רידג'.
מהנדס מחוז מנהטן, קולונל ג'יימס מרשל, וסגנו, קנת ניקולס, גילו כי תהליך ההפרדה האלקטרומגנטית ידרוש כ-4,500 טון נחושת, שבשל חיוניותה לצורכי המלחמה הייתה במחסור חריף. עם זאת, הם הבינו שאפשר להחליפה במתכת כסף, ביחס של 11:10. ב-3 באוגוסט 1942 נפגש ניקולס עם תת-מזכיר האוצר, דניאל בל, וביקש העברה של מטילי הכסף שבמחסני מטבעת וסט פוינט. לימים נזכר ניקולס בשיחה:
בסופו של דבר נעשה שימוש בכ-13,300 טון כסף, שהיו שווים אז יותר ממיליארד דולר. ניקולס היה אחראי לספק דו"ח חשבונאי חודשי לאוצר על מצב הכסף (שהיה צריך להיות מוחזר בתום השימוש). מוטות הכסף במשקל 31 ק"ג כל אחד, נלקחו תחת שמירה למפעל מתכת בקרטרט שבניו ג'רזי, שם נוצקו למטילי כסף גליליים, ואז הועברו לחברת המכרות פלפס דודג' באליזבת שבניו ג'רזי, שם הוטבע הכסף לרצועות בעובי 15.9 מ"מ, רוחב 7.6 ס"מ ואורך 12 מטר. כ-258 מטעני-קרון הועברו בשמירה ברכבת לאליס-צ'למרס במילווקי שבוויסקונסין, שם הם לופפו לסלילים מגנטיים, ונחתמו באריזות מרותכות. לבסוף, הם הועברו בקרונות ללא שמירה לאתר הייצור שבאוק רידג'. באוק רידג' נקבעו נהלים מיוחדים לטיפול בכסף המתכתי. לדוגמה, כאשר נאלצו לקדוח בו חורים, הפעולה נעשתה על גבי נייר, ורסיסי הכסף שיצאו מהקדח נאספו בקפדנות. לאחר המלחמה, פורקו ונוקו כל המכונות, ולוחות הרצפה שמתחת למכונות הוסרו ונשרפו כדי לשחזר ולקבל בחזרה גם כמויות מזעריות של כסף. בסופו של דבר הוחזרה לאוצר כמעט כל כמות הכסף שנלקחה (אבד רק 1/3,600,000 מהכסף שהתקבל במקור).
מסלול XAX, שכלל שני מכלים ושלושה סלילים, היה מוכן באוגוסט 1943 לצורך הכשרת עובדי הפעלה. התגלו תקלות, אך לא נעשה מעקב קפדני אחר הטיפול בהן. בניית מסלול אלפא ראשון הושלמה ב-1 בנובמבר 1943. כשהמסלול נוסה בהפעלה ראשונה על פי לוח הזמנים בנובמבר, סטו מכלי הוואקום ממקומם בכ-8 ס"מ כתוצאה מכוח המגנטים, והיה צורך לחזקם למקומם טוב יותר. בעיה חמורה יותר הייתה כשהסלילים המגנטיים החלו לקצר. בדצמבר הורה גרובס לפתוח ולבדוק מגנט שנשבר, ונמצאו בתוכו שטחי חלודה. הלחות הייתה גם היא בעיה בפני עצמה, וכך גם ליפוף התיל שהיה צמוד מדי. גרובס הורה לפרק את המסלולים, ולשלוח את המגנטים בחזרה למפעל כדי לנקותם וללפפם מחדש. נקבעו תקנים נוקשים חדשים להכנת המגנטים ולניקיונם, כדי למנוע הישנות של הבעיות שהתגלו.
ההכשרה להפעלת מסלולי בטא נעשתה במסלול ההדרכה והפיתוח XBX, והחלה בנובמבר 1943. מסלול אלפא שני נכנס לפעולה בינואר 1944. מסלול בטא ראשון ומסלול האלפא הראשון, שחזר מתיקון, ומסלול האלפא השלישי נכנסו לפעולה במרץ 1944. מסלול אלפא רביעי החל לפעול באפריל 1944. בניין שלישי הכיל מסלול מרוצים חמישי, ששילב כמה שינויים והיה ידוע בשם אלפא 1.5, החל לפעול ב-3 ביוני 1944. העבודות בבנייני הכימיה של מסלולי אלפא ובטא החלו בפברואר והושלמו בספטמבר 1943. שאר המסלולים נבנו ממאי 1943 והחלו לפעול רק בספטמבר 1944.
מסלולי המרוץ מסוג אלפא 2 הוקמו במערך מלבני ולא אליפטי, אך עדיין נקראו מסלולי מרוצים. בסך הכול היו 864 קלוטרונים אלפא, מסודרים ב-9 מסלולי מרוץ, עם 96 קלוטרונים בכל מסלול. בכל מסלול בטא היו רק 36 קלוטרונים, מסודרים ב-8 מסלולי בטא, ובסך הכול היו 288 קלוטרונים בטא, אם כי בפועל רק 216 מהם הופעלו.
לצד מבני מפעלי הייצור והכימיה, נבנו גם משרדים, בתי מלאכה, מחסנים ומבנים אחרים. נבנו גם שני מפעלי אדים לחימום, ותחנת כוח לייצור חשמל.
הפעלה וייצור.
מסלולי מרוץ אלפא הכילו 96 תאי קלוטרונים. הקלוטרונים הוצבו זקופים והורכבו בזוגות זה מול זה, קלוטרון חיצוני ומולו קלוטרון פנימי. כדי למזער הפסדים מגנטיים, וכדי לחסוך בצריכת פלדה, היה המכלול מעוקל ויצר מסלול אליפטי של לולאה מגנטית סגורה באורך 37 מטר, ברוחב 23 מטר, בגובה 4.6 מטר, ובצורה המזכירה מסלול מרוץ סוסים או מסלולי מרוץ אתלטיקה – ומכאן הכינוי שניתן להם, "מסלולי מרוץ". שני המבנים של מסלולי אלפא 1, שמוספרו 9201-1 ו־9201-2, הכילו שני מסלולים כל אחד. מבנה 9201-3 הכיל מסלול אלפא 1.5 יחיד. מסלולי בטא היו קטנים יותר, הכילו רק 36 תאי קלוטרונים, צורתם הייתה מלבנית (ולא אליפטית), והם עוצבו כך כדי לייעל את התחזוקה שלהם במקום את תפוקתם. גם ארבעת מסלולי אלפא 2 עוצבו בצורה מלבנית. הם כללו שיפורים רבים, שהחשובים שבהם היו: ארבעה מקורות של חומר להפרדה (במקום שניים במסלולי אלפא 1), וכן מגנטים ומכלי ואקום משופרים.