Quand Staline apprend le projet de bombe atomique américaine, c'est encore Molotov qui supervise le projet de bombe atomique soviétique. Comme Staline ne peut se déplacer à cause de la guerre, il envoie Molotov négocier à Londres et Washington. Il accompagne aussi Staline à Yalta, à Téhéran et à Potsdam et il représente l'URSS à la fondation de l'ONU.