16 lipca 1945 roku Kistiakowsky wraz z Neddermeyerem wziął udział w detonacji pierwszej bomby jądrowej w ramach testu Trinity. Przed testem wielu naukowców miało wątpliwości, co do jego powodzenia, czy soczewki eksplozyjne będą działać prawidłowo (podczas testu przeprowadzonego na 38 godzin przed faktycznym testem Trinity nie zadziałały). Naukowcy w przeddzień testu obstawiali jego rezultaty – Enrico Fermi założył się, że nikt nie przeżyje wybuchu. Sam Kistiakowsky był przekonany, że projekt się powiedzie i potwierdził to w zakładzie z Robertem Oppenheimerem, stawiając całe swoje miesięczne wynagrodzenie przeciwko 10 dolarom. Ostatecznie test Trinity zakończył się sukcesem. W jego trakcie Kistiakowsky został zwalony z nóg przez falę uderzeniową, mimo iż obserwację prowadził z odległości 10 km od miejsca wybuchu. Dwadzieścia jeden dni później miał miejsce pierwszy z dwóch ataków na terenie Japonii dokonanych za pomocą bomb, przy których stworzeniu Kistiakowsky brał udział. Po ataku Kistiakowsky, podobnie jak pozostali naukowcy z Los Alamos, nie świętował jego powodzenia z powodu przytłoczenia ogromem zniszczeń, będących jego skutkiem. Inaczej było, kiedy dwa tygodnie później do Los Alamos dotarła wiadomość o kapitulacji Japonii. Jak sam wspominał: