Dự án vũ khí hạt nhân của Liên Xô
Những nỗ lực ban đầu của Liên Xô > Chiến tranh thế giới II

Bài chi tiết: Chiến tranh Xô-Đức
Sau một cuộc vận động hành lang mạnh mẽ của các nhà khoa học Nga, chính phủ Liên Xô ban đầu đã thành lập một ủy ban giải quyết "vấn đề uranium" và nghiên cứu tính khả thi của phản ứng dây chuyền và phân tách đồng vị. Ủy ban Vấn đề Uranium đã hoạt động không hiệu quả vì cuộc xâm lược của Đức vào Liên Xô cuối cùng đã gây ảnh hưởng đến việc nghiên cứu, khi Liên Xô phải tiến hành cuộc chiến tranh vệ quốc trong bốn năm tiếp theo. Chương trình vũ khí nguyên tử của Liên Xô không có ý nghĩa gì, và hầu hết các công trình chưa được phân loại vì các bài báo liên tục được xuất bản dưới dạng công khai trên các tạp chí học thuật.
Joseph Stalin khi đó đã hầu như không quan tâm đến thành tựu trong lĩnh vực khoa học hạt nhân mà các nhà khoa học Liên Xô khi đó đã đạt được, và tập trung họ chuyển sang làm việc trong ngành luyện kim và khai thác mỏ hoặc phục vụ trong các ngành kỹ thuật quân sự có tính chất trực tiếp hơn.
Vào năm 1940–42, Georgy Flyorov, một nhà vật lý người Nga đang là sĩ quan trong Lực lượng Không quân Liên Xô, lưu ý rằng bất chấp những tiến bộ trong các lĩnh vực vật lý khác, các nhà khoa học Đức, Anh và Mỹ đã ngừng xuất bản các bài báo về khoa học hạt nhân. Rõ ràng, chương trình hạt nhân của các nước đã chuyển sang hoạt động bí mật. Các nhà vật lý bị thuyên chuyển từ viện nghiên cứu phóng xạ của Abram Ioffe từ Leningrad đến Kazan, cùng với việc nghiên cứu bom uranium bị chuyển sang mức ưu tiên sau radar và chống thủy lôi. Kurchatov bị điều từ Kazan sang Murmansk để nghiên cứu về thủy lôi cho Hải quân Liên Xô.
Vào tháng 4 năm 1942, Flyorov gửi hai bức thư mật cho Stalin, cảnh báo ông về việc các nước đang tiến hành phát triển bom nguyên tử Bức thư thứ hai, của Flyorov và Konstantin Petrzhak, nhấn mạnh tầm quan trọng của "bom uranium": "điều cần thiết là phải chế tạo một quả bom uranium ngay lập tức."
Sau khi đọc các bức thư của Flyorov, Stalin ngay lập tức rút các nhà vật lý khỏi nghĩa vụ quân sự của họ và cho phép tiến hành dự án phát triển bom nguyên tử, dưới sự chỉ đạo của nhà vật lý kỹ thuật Anatoly Alexandrov và nhà vật lý hạt nhân Igor V. Kurchatov. Với mục đích này, Phòng thí nghiệm số 2 (sau là Viện Kurchatov) gần Mátxcơva được thành lập dưới thời Kurchatov. Kurchatov được chọn làm Tổng công trình sư chương trình bom hạt nhân của Liên Xô từ cuối năm 1942.
Cùng thời điểm đó, Flyorov chuyển đến Dubna và sáng lập Phòng thí nghiệm phản ứng hạt nhân (sau này là Viện Liên hiệp nghiên cứu hạt nhân Dubna, tập trung vào các phản ứng nhiệt hạch và tổng hợp các nguyên tố mới. Cuối năm 1942, Ủy ban Quốc phòng Nhà nước đã giao chương trình phát triển hạt nhân cho quân đội Liên Xô, với sự giám sát bởi Lavrentiy Beria.
Năm 1945, viện nghiên cứu hạt nhân tại thành phố mật Arzamas 16, gần Moskva, được thành lập đứng đầu là Yakov Zel'dovich và Yuli Khariton những người đã thực hiện các tính toán về lý thuyết đốt cháy hạt nhân, cùng với Isaak Pomeranchuk. Dù nỗ lực phát triển hạt nhân nhưng theo như các nhà sử học đánh giá, việc chế tạo bom của Liên Xô là bất khả thi. Bản thân Igor Kurchatov cũng đã nghi ngờ khả năng chế tạo bom uranium, dù ông đã chế tạo được bom plutonium sau khi NKVD cung cấp cho ông dữ liệu tình báo về chương trình hạt nhân của Anh.
Tình hình đã thay đổi đáng kể khi Liên Xô chứng kiến Vụ ném bom nguyên tử xuống Hiroshima và Nagasaki năm 1945.
Ngay sau vụ ném bom nguyên tử, Bộ Chính trị Liên Xô đã nắm thành lập một ủy ban đặc biệt để giám sát việc phát triển vũ khí hạt nhân càng sớm càng tốt. Ngày 9 tháng 4 năm 1946, Hội đồng Bộ trưởng thành lập KB – 11 ('Phòng thiết kế-11') (sau là Viện thiết kế vật lý thực nghiệm toàn Nga) nhằm mục đích thiết kế vũ khí hạt nhân đầu tiên của Liên Xô, dựa trên thiết kế tương tự như quả bom Fat man của Mỹ và cho nổ ở cấp độ vũ khí plutonium. Từ đó, việc phát triển bom hạt nhân của Liên Xô được diễn ra một cách nhanh chóng, cuối cùng, quả bom hạt nhân đầu tiên của Liên Xô đã được chế tạo thành công ngày 25/10/1946.