Après l'invasion de l'Union soviétique par l'Allemagne nazie, en , Kourtchatov change de sujet de recherches. Il travaille d'abord sur la protection des bateaux contre les mines magnétiques, puis sur le blindage des chars de combat. En 1943, le NKVD obtient la copie d'un rapport secret britannique de la commission MAUD concernant la faisabilité d'armes nucléaires, ce qui conduit Staline à décider le début d'un programme nucléaire soviétique, mais avec des moyens très limités. Ioffe recommande Kourtchatov à Molotov et Kourtchatov est nommé, un peu plus tard la même année, directeur du programme en formation.