העבודה הייתה מסוכנת. עד תום המלחמה נאלצו מחצית מהכימאים ומהמטלורגים הוותיקים להפסיק את עבודתם עם פלוטוניום, כשבבדיקות השתן שלהם נמצאו רמות חריגות גבוהות של יסוד זה. דליקת אש קטנה בלוס אלמוס בינואר 1945, גרמה לחשש שאש במעבדת הפלוטוניום עלולה לזהם את העיר כולה, וגרובס אישר את הקמתו של מתקן חדש למחקר כימי ומטלורגי של פלוטוניום, שנודע כאתר-DP (Delta Prime site).
שני חצאי הכדור לליבת הפלוטוניום הראשונה יוצרו ונמסרו ב-2 ביולי 1945. שלושה חצאי כדור נוספים הגיעו ב-23 ביולי ונמסרו כעבור שלושה ימים.
ניסוי טריניטי.
בשל מורכבות פצצת אטום שפועלת בשיטת קריסה פנימה, הוחלט שלמרות בזבוז חומר בקיע יקר, נדרש ניסוי לבדיקתה בתנאי אמת. גרובס אישר את הניסוי, ואופנהיימר החליט שהניסוי שיבוצע יהיה ניסוי גרעיני בהיקף מלא של פצצת פלוטוניום המבוססת על "מנגנון קריסה". שם הקוד שניתן לניסוי היה "טריניטי".
במרץ 1944 מונה לתכנון הניסוי קנת ביינברידג', פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת הרווארד שעבד תחת קיסטיאקובסקי. ביינברידג' בחר לאתר הניסוי בשטח של ניסויי הפצצה שליד שדה התעופה הצבאי אלמוגורדו שבדרום ניו מקסיקו. ביינברידג' וקפטן סמואל דבלוס עבדו על הקמת מחנה בסיס לניסוי ולמתקניו, שכללו צריפים, מחסנים, סדנאות, מחסן תחמושת ומזנון.
גרובס לא אהב את האפשרות שיצטרך להסביר לוועדה בסנאט הפסד של פלוטוניום, שכלל ההשקעה בפרויקט עד מועד השימוש בו בניסוי הסתכמה ביותר ממיליארד דולר. לפיכך תוכנן ונבנה כלי גלילי שכונה "ג'מבו" כדי לשחזר את החומר הפעיל במקרה של כישלון. אורכו היה 7.6 מ' ורוחבו 3.7 מ', הוא נבנה בהשקעה כספית גדולה מ-194 טון ברזל ופלדה על ידי בבקוק אנד וילקוקס מברברטון שבאוהיו, והובא ברכבת מיוחדת לניו מקסיקו ולאתר הבדיקה. אך עד שהגיע, גבר הביטחון בפצצת מנגנון הקריסה, זמינות הפלוטוניום הייתה מספקת, ואופנהיימר החליט שלא להשתמש בו. במקום זאת הוא הוצב על מגדל פלדה במרחק של 730 מ' ממוקד הפיצוץ כדי לשמש מדד גס לעוצמת ההתפוצצות. בסופו של דבר שרד ג'מבו בפיצוץ, אך לא המגדל שעליו הוצב.
ב-7 במאי 1945 בוצע פיצוץ מוקדם לקראת הניסוי, שנועד לכיול מכשירים. פלטפורמת בדיקה עשויה מעץ הוקמה 730 מטר ממוקד הפיצוץ ומולאה ב-91 טון של מטען TNT, ששולב עם תוצרי ביקוע שכללו אורניום מוקרן מהנפורד שהומס ועורבב עם המטען. הפיצוץ המוקדם נצפה על ידי בריגדיר גנרל תומאס פארל , סגנו של אופנהיימר וגרובס, והניב נתונים חיוניים לניסוי טריניטי עצמו.
פצצת הניסוי עצמה, שכונתה "הגאדג'ט", הועלתה לראש מגדל פלדה בגובה של 30 מטרים שהוצב בנ.צ. . פיצוץ בגובה זה מעל הקרקע ייתן אינדיקציה טובה יותר לאופן שבו תתנהג הפצצה כשתופל ממטוס. פיצוץ באוויר גם הגדיל למקסימום את האנרגיה המופעלת ישירות על המטרה, ויצר פחות נשורת גרעינית. הגאדג'ט הורכב בפיקוחו של נוריס ברדבורי בחוות מקדונלד הסמוכה ב-13 ביולי, והועלה למגדל למחרת בבוקר. הצופים כללו את בוש, צ'אדוויק, קונאנט, פארל, פרמי, גרובס, לורנס, אופנהיימר וטולמן.
ב-05:30 ב-16 ביולי 1945 פוצץ הגאדג'ט, הפיק אנרגיה בכוח הרס הדומה לפיצוץ 21,000 טונות של TNT (20 קילוטון TNT), ויצר במדבר מכתש של טריניטיט (מעין זכוכית רדיואקטיבית) בגודל של 76 מטר. גל ההלם הורגש עד מרחק של מעל 160 ק"מ ממקום הפיצוץ, וענן הפטרייה הגרעינית הגיע לגובה של 12.1 ק"מ. הפיצוץ נשמע במרחק גדול, וגרובס פרסם סיפור כיסוי על פיצוץ במחסן תחמושת בשדה אלמוגורדו.
תגובות אנשי הצוות והצופים בניסוי היו של הפתעה, שמחה והקלה לנוכח הצלחתו הגדולה של הפיצוץ, ותדהמה מעוצמתו, מהאור הבוהק שבו הוארו ההרים מסביב, מכדור האש הצהוב-כתום שהתפשט במהירות עד שהפך לפטרייה ענקית, ומגל ההדף עצום שיצר. מפורסמת אמירתו של אופנהיימר כי משהבין את עוצמת ההרס הטמונה בפצצה, עלו במוחו (בציטוט משובש) מילותיו של קרישנה מתוך הבהגאוואד גיטה: "עתה הנני המוות, מחריב העולמות".
למחרת נפגש הנשיא טרומן עם וינסטון צ'רצ'יל ועם יוסיף סטלין בוועידת פוטסדאם, וסיפר להם כי יש בידי ארצות הברית נשק חדש בעוצמה חסרת-תקדים.
עובדים.
ביוני 1944 העסיק פרויקט מנהטן כ-129,000 עובדים, מהם 84,500 עובדי בנייה, 40,500 עובדי מפעלים ו-1,800 אנשי צבא. עם צמצום פעילות הבנייה, ירד מספר העובדים לכ-100 אלף ב-1945, אך מספר אנשי הצבא גדל ל-5,600. היה קשה מאוד להשיג ולגייס את העובדים הנדרשים, בעיקר עובדים מיומנים במיוחד, שגם תוכניות ופרויקטים חיוניים אחרים של זמן מלחמה התחרו עליהם. ב-1943 קיבל גרובס עדיפות זמנית מיוחדת מוועדת כוח-אדם לצורכי מלחמה. במרץ 1944, הן מועצת הייצור המלחמתי והן ועדת כוח-אדם לצורכי המלחמה העניקו לפרויקט מנהטן את העדיפות הגבוהה ביותר.
טולמן וקונאנט, היועצים המדעיים של הפרויקט, הכינו רשימה של מדענים מועמדים, ומדענים מהפרויקט דירגו אותם. לאחר מכן שלח גרובס מכתב אישי לראש האוניברסיטה או לראש החברה שלהם, וביקש לשחרר אותם לעבודה מלחמתית חיונית. באוניברסיטת ויסקונסין–מדיסון, בחן סטניסלב אולם אישית את אחת מתלמידותיו, ג'ואן הינטון, כדי לבדוק את התאמתה לעבודה כל כך חיונית, וכעבור כמה שבועות קיבל הוא עצמו מכתב מהנס בתה שהזמין אותו להצטרף לפרויקט. קונאנט גם שכנע אישית את קיסטיאקובסקי להצטרף לפרויקט.
מקור חשוב של כוח אדם מיומן היה הצבא עצמו, ובמיוחד תוכנית ההכשרה המקצועית שלו. ב-1943 נוצרה חטיבת הנדסה צבאית מיוחדת (SED), וטכנאים ועובדים מיומנים שהתגייסו לצבא הוקצו אליה. מקור נוסף היו נשים מחיל הנשים, שבתחילה נועדו למשימות פקידות וטיפול בחומר מסווג, אך עד מהרה הוטלו עליהן גם משימות טכניות ומדעיות והן שולבו כמחשבות.
פרופסור עמית לרדיולוגיה בבית הספר לרפואה באוניברסיטת רוצ'סטר, סטאפורד וורן , קיבל דרגת קולונל בחיל הרפואה, ומונה לראש המחלקה הרפואית בפרויקט ויועצו של גרובס לענייני רפואה. משימתו הראשונה הייתה לצוות את בתי החולים באוק רידג', ריצ'לנד ולוס אלמוס. המחלקה הרפואית הייתה אחראית למחקר הרפואי, אך גם לתוכניות בריאות ובטיחות רפואית. היה בזה אתגר עצום, שכן העובדים טיפלו במגוון גדול של כימיקלים רעילים, השתמשו בנוזלים מסוכנים ובגזים בלחץ גבוה, עבדו עם מתח גבוה, וביצעו ניסויים בחומרי נפץ. אתגר מיוחד היו הסכנות שטרם נחקרו כראוי בנושאי רדיואקטיביות ובטיפול בחומרים בקיעים. עם זאת, בדצמבר 1945 העניקה המועצה הלאומית לבטיחות פרס כבוד מיוחד לבטיחות לפרויקט מנהטן, כהכרה ברקורד הבטיחותי שלו. בין ינואר 1943 ליוני 1945 היו בפרויקט 62 הרוגים ו-3,879 פציעות, שהיו כ-62% מתחת לשיעורם בתעשייה הפרטית.
סודיות.
מאמר ב"לייף" מ-1945 העריך כי לפני הטלת הפצצות על הירושימה ונגסקי, "קרוב לוודאי שלא יותר מעשרה אנשים בכל הארץ ידעו את מלוא המשמעות של פרויקט מנהטן, ואולי רק עוד אלף אנשים היו בכלל מודעים לכך שנעשית איזושהי עבודה על אטומים". המגזין כתב כי יותר מ-100,000 אנשים שהועסקו בפרויקט "עבדו כמו חפרפרות בחושך". העובדים הוזהרו שחשיפת סודות מעבודתם עלולה להיענש ב-10 שנות מאסר או בקנס של 10,000 דולר (היום כ-113,000 דולר). העובדים ראו כמויות עצומות של חומרי גלם נכנסים למפעלים, אך שום דבר לא יוצא מהם. הם משגיחים על "חוגות ומתגים כשמאחורי קירות בטון עבים מתבצעות ראקציות מסתוריות" בלי שהם יודעים כלל מה מטרת עבודתם.
אנשי הביטחון של אוק רידג' ראו כל מסיבה פרטית עם יותר משבעה אנשים כחשודה, ותושבים—שהאמינו שסוכנים חשאיים של ממשלת ארצות הברית מסתובבים ביניהם—נמנעו מלהזמין לביתם את אותם אורחים שוב ושוב. אף שתושבי המקום המקוריים היו יכולים להיקבר בבתי הקברות המקומיים, כל ארון קבורה נפתח, ובוצעה בו בדיקה של אנשי ביטחון. כולם, כולל אפילו מפקדי צבא בכירים ומכוניותיהם, עברו חיפוש ונבדקו בעת הכניסה והיציאה ממתקני הפרויקט. עובד מאוק רידג' סיפר ש"אם נראית סקרן, היית נקרא למקום מכוסה שטיח בתוך שעתיים על ידי סוכנים חשאיים ממשלתיים. בדרך כלל אלה שזומנו להסביר את סקרנותם, לוו אחר-כך עם התיק והמטען לשער, וצוו להמשיך ללכת".
אף שנאמר להם שעבודתם תסייע לסיים את המלחמה ואולי גם את כל המלחמות בעתיד, לא לראות ולא להבין את תוצרי עבודתם המייגעת—ואפילו לא לראות תוצרים טיפוסיים של עבודות מפעל תעשייתי רגיל, כמו עשן מארובות—ו הסתיימה בכניעת גרמניה בלי שנעשה שימוש בעבודתם כלל, גרמה לבעיות מורל קשות בקרב העובדים וגרמה לשמועות רבות להתפשט.אחד המנהלים סיפר אחרי המלחמה:
עובדת אחרת סיפרה כיצד, כשעבדה במכבסה, העבירה מדי יום "מכשיר מיוחד" על גבי מדים שהגיעו לכביסה, והייתה צריכה להקשיב ל"קול נקישה". רק אחרי המלחמה הבינה שעשתה משימה חשובה של בדיקת קרינה רדיואקטיבית עם מכשיר מונה גייגר. כדי לשפר את המורל בקרב העובדים, יצרה אוק רידג' מערכת מקיפה של ליגות ספורט מקומיות, כולל 10 קבוצות בייסבול, 81 קבוצות סופטבול ו-26 קבוצות פוטבול.
צנזורה.