苏联国防委员会
1941年，納粹德國對蘇聯展開了大規模的進攻，代號為「巴巴羅薩作戰」。在此期間，庫爾恰托夫領導著核物理研究，並在蘇聯科學院中頗有名氣。由於與德國和軸心聯軍的激烈戰爭，蘇聯直到1942年前都未以積極的態度去進行核武器的開發。1942年4月，年轻的核物理学家格奥尔基·尼古拉耶维奇·弗廖罗夫（後來成為蘇聯核物理的领军人物、苏联科学院院长）寫了一封秘密信給蘇聯最高領導人約瑟夫·史達林，指出美國、英國，甚至是德國自1939年發現了核分裂後，都不再於物理科學刊物上發表相關訊息。這些學術機構完全不透漏成果的現象十分可疑，弗廖罗夫力促史達林趕緊展開核武研究工程，他相信其他國家已各自展開了他們的秘密核研究。1942年5月，苏联国防委员会科学部门全权代表、化学家和阿布拉姆·费多罗维奇·约费院士向斯大林呈递报告，论证了在苏联为解决原子武器问题成立科学中心的必要性。1942年9月底，斯大林召集约费院士、卡皮察院士、物理化学家尼古拉·尼古拉耶维奇·谢苗诺夫院士、放射化学家院士、库尔恰托夫等人，讨论了德国、美国和英国在研原子弹的情报，听取了科学家的意见后，斯大林作出结论：“我们也要研制原子弹”。1942年9月28日苏联国防委员会签发第2352号《关于涉铀研究的组织工作》，授权苏联科学院恢复“关于原子能利用的可行性”研究工作，在喀山设立了实验室。莫洛托夫分管这一工作。1942年11月27日苏联国防委员会签发《关于采铀工作》的决议，要求进一步加快铀矿开采和提炼。1943年，內務人民委員部獲得了一份探討核武器可行性的英國穆德委员会報告影本，從而令史達林下令展開蘇聯的核武開發計畫（儘管資源相當有限）。蘇聯科學院選擇了擁有廣泛核物理閱歷的庫爾恰托夫負責这方面工作，約費院士也向莫洛托夫推薦庫爾恰托夫，莫洛托夫向史達林進言讓庫爾恰托夫主持原子能研发业务工作。庫爾恰托夫战争爆发后从事对抗磁性水雷的研究，之後研究坦克装甲，这时才归队恢复核物理研究。1943年2月11日苏联国防委员会签发《关于加强涉铀研究工作组织的补充措施》，原子能研究特别实验室从喀山“返疏散”到莫斯科。1943年3月10日，该实验室改称苏联科学院第二实验室。涉铀研究工作由苏联人民委员会副主席兼化学工业人民委员米哈伊尔·格奥尔基耶维奇·别尔乌辛和苏联国防委员会科学部门全权代表、化学家领导，研究工作由庫爾恰托夫主持。1943年年中，在实验室工作的人有100人左右。1943年年中，开始研究生产高纯度石墨和反应堆用的金属铀、从反应堆生成物中提取钚的工艺。庫爾恰托夫1943年当选为苏联科学院院士。