Oliphant ble utnevnt til professor i fysikk ved University of Birmingham. Her arbeidet han også med videreutvikling av radarer. Ved utbruddet av annen verdenskrig hadde kolleger ved universitetet i Birmingham (Otto Frisch og Rudolf Peierls) beregnet at en atombombe basert på Uran.235 var mulig. Oliphant ble overbevist om nødvendigheten av å utvikle en atombombe på alliert side og øvet sterkt påtrykk både i Storbritannia og USA for å få dette arbeidet i gang. Etter angrepet på Pearl Harbor kom USA med i andre verdenskrig og arbeidet med atombomben ble startet opp kort tid etter i Manhattanprosjektet. Fra november 1943 deltok Oliphant i prosjektet som medlem av den britiske delegasjonen, men konsentrerte seg på arbeidet med anrikning av uran-235. Han gjenopptok stillingen som professor ved universitetet i Birmingham etter Tysklands kapitulasjon i 1945.