1942年，38岁的奥本海默进入了人生的辉煌时期。他像一只大白鲨在知识的海洋里劈涛斩浪自由穿行。他除了要钻研核物理的链式反应外，还要研究爆炸，同时还要涉足他所不熟悉的冲击波、水力学等领域。他极喜欢这种挑战，他把他的全部精力都投入到了原子弹研制之中。
詹姆斯·布赖恩·科南特说奥本海默在伯克利夏季研讨会上，进行了“浩如烟海的科研工作”，“快中子工作的计划”在他的脑袋中已经比较完善地形成。
科南特说：“快中子工作尚无一个家，它可能需要一个。”这个“家”就是设计和装配原子弹的地点。奥本海默认为这个“家”可能在辛辛那提，也可能在田纳西与生产钚的反应堆在一起。
奥本海默热爱理论物理，热爱大自然，尤其是沙漠更令他梦萦魂牵，他生命中的一次次危机是大自然、是沙漠把天地之精华赋予他的，使他获得了一次次新生。他热爱沙漠，他寻找的是将自己的理论物理与沙漠融为一体的一个“家”。
1942年夏，美国给他的原子弹研制计划起了两个可供选择的代号，一个叫DSM，是“开发代用材料”的缩写；另一个叫MED，是“曼哈顿工程区”的缩写，最后确定的代号是“曼哈顿工程”。该计划的管理工作也从科学家手中转到了军事政策委员会。即将担任罗斯福首席科学顾问的万尼瓦尔·布什任委员会主席，詹姆斯·布赖恩特·科南特任他的副手。该委员会中有三名军方代表，即来自陆军的威廉·斯泰尔将军，来自海军的威廉·珀内尔将军，以及来自陆军工程兵的莱斯利·理查德·格罗夫斯将军。
1942年9月，毕业于西点军校的46岁的格罗夫斯准将被任命为主管该工作的主任。工程兵出身的格罗夫斯对核物理知之甚少，迫切需要一位科学家来担任他的技术顾问。他选中了奥本海默。
伯克利夏季研讨会后，奥本海默在理论物理界以理论家闻名并受到尊敬，不过截至伯克利夏季研讨会为止，与他齐名的科学家很少有人认为他具有果断的领导才能。他们后来回忆说，那时“奥比很高、神经质、专心致志，走起路来步子很奇特，像小跑，四肢大幅度地摆动，脑袋总是稍稍偏向一边，一只肩比另一只肩高。不过主要是脑袋最引人注目：一头蓬松细卷的头发，挺而尖的鼻子，特别是眼睛，蓝得惊人，又深邃又逼视，但又表现出一种能解除人戒备的诚挚。他看起来像年轻时代的爱因斯坦，但同时又像一个过于长高了的唱诗童”。
他那不改的癖性，连续不停地抽烟，持续的咳嗽，破败的牙齿，通常是饥肠辘辘却又遭受他崇拜的马丁尼酒和辛辣食物攻击的肚子，一双修长的大脚，不太整齐的衣冠。特别是他那幽默辛辣的语言像一层帷幕似的，在他的同事面前掩盖了他从他父亲那继承来的管理才能。
奥本海默与格罗夫斯在气质上有天壤之别。格罗夫斯思维缜密，做事一丝不苟，而奥本海默则多才多艺，思维活跃，对诗歌、哲学和心理学的兴趣丝毫不亚于物理学。
不仅如此，“曼哈顿工程”聚集了当时世界上一大批最著名的科学家，其中许多人是诺贝尔奖获得者，而且科学家们都认定原子弹的研制应由一位诺贝尔奖获得者来主持。奥本海默虽然建树颇丰，但并不具有如此知名度。连格罗夫斯也承认，奥本海默从事的工作“一直是纯理论性的，这些工作最多能使他对原子弹的威力作出理论上的估计，而对于如何将原子弹设计得可以引爆等实际工程问题，他过去从来未处理过”。但格罗夫斯最后还是选中了奥本海默。他解释说：“显然我们找不到更合适的人。”奥本海默继承了父亲在新墨西哥州、格兰德河谷的桑格雷·德·克里斯托牧场，并把它出租给一位牧民。他每年能从牧场收回一笔不小的租金，所以他把牧场戏称为“热狗”。
这片牧场是他热爱的地方，这里有他向往的沙漠。小时候他和弟弟弗兰克、朋友史密斯经常到这里度假。他熟悉这里的山山水水。他不止一次地在这里远足，最长时间的一次是1922年夏天，他和史密斯在这里徒步旅行了一个多月。他对这里了如指掌。他知道牧场中的洛斯阿拉莫斯峡谷有一块人迹罕至的台地。那里有一所很小的牧场学校，坐落在吉美兹山冈的斜坡上。一条狭隘的山路把学校连通到从陶斯到圣菲的公路上。
“曼哈顿工程”规模庞大，有16个分工程同时进行。其中关键工程有四个：一是恩里科·费米和他的美国同事在芝加哥大学建造的世界上第一座铀—石墨反应堆。二是X基地，位于田纳西州橡树岭的“克林顿工程局”，其任务是从天然铀中分离出极易裂变的铀-235.三是W基地，费米设计，杜邦公司建造的，在华盛顿州哥伦比亚河上的汉福德工厂，那里建立了生产钚的大型反应堆，将负责生产钚-239.四是Y基地，就是奥本海默搜寻中的那个设计和装配原子弹的地点，科南特说的“快中子工作的”那个“家”。
奥本海默向格罗夫斯将军建议，把他心目中的那个“家”建在与世隔绝的位于吉美兹山冈上的那个学校周围。这块靠近洛斯阿拉莫斯峡谷的台地，无疑是个僻静的地方。在施工阶段，学校的校舍可供最早到来的科学家之用。
圣菲北面的格兰德河谷是一片宽阔的盆地。在远古时期，它曾经是一个湖泊。在东部，它被绵延起伏的桑格雷·德·克里斯托山脉所封锁，在西部和西北部则是被吉美兹山冈的绿色圆丘所封锁。盆地的底部炎热而荒凉的大片荒漠，只有仙人掌以及寥寥无几的矮松点缀其中。奥本海默曾感叹：“我酷爱理论物理和茫茫的沙漠，可惜二者无法兼得。”而在这里，他拥有了二者。奥本海默和格罗夫斯将军察看了牧场子弟学校。学校的校长惊讶地望着很奇怪地搭配起来的这两个人。一位是眯缝着眼睛的瘦弱的知识分子，一位是大腹便便的军官。更让他惊讶的是，他们提出“学校必须关闭，陆军准备买下它，用于保密工作”。
“曼哈顿工程”于1942年11月买下了这所学校。格罗夫斯将军力排众议，任命奥本海默为洛斯阿拉莫斯实验室主任。奥本海默于1943年3月15日一个清新的早春天气，偕同一批助手转移到圣菲，4周后他们的家属乘坐汽车和火车也到达那里。他们一起搬进了牧场子弟学校。
“曼哈顿工程”总部建在田纳西州，占地202平方千米。总部获得了比利时矿业联盟在非洲刚果开采的1140吨铀矿，全部库存于纽约。如果没有这批矿石，原子弹是无法制造出来的。
奥本海默每天都要与在总部的格罗夫斯将军通话，研究洛斯阿拉莫斯实验室的建设，汇报他们的研究、实验进展情况。格罗夫斯将军穿梭于万尼瓦尔·布什与总部之间，“曼哈顿工程”不断增加预算，到工程结束时投入的总经费达20亿美元（相当于今天的币值260亿美元），巅峰时期曾聘用539000人。有20万人在37个秘密工厂和实验室内从事研制工作。
英国原子研究计划的物理学家，根据英美《魁北克协议》参与了“曼哈顿计划”，流亡美国的意大利、德国、匈牙利的科学家也与美国科学家共同在“曼哈顿工程”中工作。某些部门有博士头衔的人比普通职员还多，其中不乏诺贝尔奖获得者。洛斯阿拉莫斯被戏称是诺贝尔奖获得者的集中营。
在Y基地，奥本海默成了一个了不起的指挥员，成了洛斯阿拉莫斯的真正灵魂。他把迎接来Y基地工作的科学家，研究、实验、制造原子弹，建设Y基地实验室这三项工作安排得井井有条。唯一美中不足的是他在预言Y基地的大小上，没做得那么好。
1943年1月，工程兵特遣队开始施工。他们按照奥本海默的要求，建造了供30名科学家及家属住的住房，然后依照奥本海默的指示建实验室。实验室刚建完，又来了很多科学家，只好又建住房，再建实验室。科学家不断增多，奥本海默的要求也不断增多。一年后，在这块高地上建起了一座城市。这是奥本海默始料不及的。
新的家庭源源不绝地涌向台地，楼房建筑“疯狂”地增多，但还总是供不应求。二战结束时，首次公布的统计数字表明洛斯阿拉莫斯的人口是6000人。在它诞生的十年之后，人口增加到12000名，并且住房短缺。它现在是美国三大原子城之一。
从美国和英国各地来的科学家们，一来到这座城市，就立即从世界上消失了，因为这座城市在地图上根本就不存在。这里的居民不能参加选举，与外界完全隔绝。这座城市对生活在那里的人是洛斯阿拉莫斯，对极少数知道它的存在的人是Y基地，对在这里的居民和友人则是1663号邮政信箱。
1945年8月6日，即美国用原子弹轰炸日本广岛的那一天。圣菲的《新墨西哥人》报道了这个台地。该报写道：“在那个不知名的地方有一个社会。在这个社会中，人们在不知名的地方结婚，婴儿在不知名的地方出世，人们在不为人知的情况下死去，汽车、卡车也在不为人知的情况下撞坏。”
在这个特殊的独立王国中，它的总督是奥本海默，他在这里把他的聪明才智发挥得淋漓尽致。
奥本海默童年在长岛的绿地上建立了自己的实验场，那是象征科学、人道与暴力的三位一体。几十年后在洛斯阿拉莫斯他建起了Y基地，有趣的是后来在新墨西哥州南部的阿拉莫戈多试爆第一颗原子弹的那个地方，奥本海默称它为三位一体。“三一试验场”，是不是和他儿时的实验场有关，这就不得而知了。只有奥本海默自己明白，或许连他也不明白。
