內爆式結構的試驗也在全力以赴地進行著。直到12月14日，試驗小組改用了完全新的方法進行了一係列新的試驗，這時才第一次看到了可能獲得對稱性衝擊波的跡象。
1944年，曼哈頓計劃在全力以赴地進行著。而奧本海默也遇到前所未有的困難，人力物力十分缺乏，他雖然得到了特種工程支隊的大力支援，但仍人手缺乏。其原因是工業界看到戰爭即將結束，軍方開始放鬆了軍事訂貨的生產，從而為內爆試驗帶來更多的困難。奧本海默還無法支付高額工資，同時，1944年漫長而嚴寒的冬季環境艱苦，有些人幹脆辭職不幹了。
六、製訂“三一計劃”
1944年春，兩輛軍車顛簸地行駛在新墨西哥州南部的幹旱沙漠地區。車上載的是洛斯阿拉莫斯實驗室主任奧本海默及原子彈內爆試驗選址小組成員一行。為了尋找一處理想的場地，以便試驗綽號為“胖子”的內爆式原子彈，由負責內爆測驗的班希裏奇等組成了選址小組。試驗場地要求地勢平坦，無人居住，距離洛斯阿拉莫斯不遠，便於運送各種裝備。選址小組曾考慮過許多可行性的場址，其範圍包括從得克薩斯海流內的河流直到科羅拉多為聖路易斯山穀中巨大河丘之間的廣大地區。現在，他們已將選擇範圍縮小到新墨西哥州以內，這片有“死亡之途”稱號的沙漠地區。奧本海默少年時代曾經和他弟弟漫遊過新墨西哥州，也到過這片沙漠。此次舊地重遊，暫時擺脫了在洛斯阿拉莫斯的種種煩惱，也感到格外的輕鬆。
試驗場地最終選定在美國空軍的阿拉莫戈多靶場的一角，18英裏寬，24英裏長。奧本海默將實驗場命名為“三一”試驗場（基督教以聖父、聖子與聖靈為一神稱為三一聖體）。
奧本海默成立了技術計劃組織，成為掌握了整個試驗進度的指揮部。與此同時，恩裏哥·費米利用實驗反應堆取得的鈈，第一次進行了直徑為0.9英寸鈈球的中子倍增實驗，並由測量結果推算了內爆式原子彈的臨界質量。費米給出的外推臨界質量數值為5公斤左右，這個數字與初期估計值相近，但比過去一般人預料的要小得多。
另一位科學家路易斯·阿爾瓦雷斯也完成了為時兩年的起爆裝置發展計劃，滿足了內爆彈所要求在百萬分之一秒之內同時點火的指標。1945年1月，他報告了按照最後設計所進行的良好試驗結果。
在遠離實驗區的一座偏僻的“奧米加”實驗室內，也成功地進行了一係列令人毛骨悚然的最危險的實驗，並且得到了最後的試驗結果。臨界裝置實驗小組嚐試著用實驗方法直接取得鈾彈臨界質量的精確數值。為了達到這一目的，他們進行了稱為“逗龍尾巴”（意即冒險）的實驗。他們把一塊較小的氫化鈾射入一堆臨界的鈾塊中心的孔道內。小氫化鈾塊由4根軌道導引；當射入鈾塊中心之後，整個裝置在極短時間內達到臨界而釋放出大約2萬千瓦功率的巨大能量。通過測量這種微型爆炸的能量輸出，可以推算得到原子彈所需鈾—235的精確數量。但這種試驗是真正的核爆。在2月份的一次試驗中由於釋放出的能量過大，以致鈾棒開始熔化。後來花費了幾天時間才清理了現場。
另一個試驗小組也在緊張地工作著。他們對鈾彈臨界實驗非常害怕，以致在進行上述實驗時，他們搬出了實驗室，躲避到周圍的深山之中。但奧本海默似乎對這種危險的實驗特別著迷。他定期前往“奧米加”實驗室時，在進行試驗時安靜地坐著，與試驗人員討論物理問題。
洛斯阿拉莫斯實驗室的各項研究計劃進展順利，奧本海默已有可能製訂今後5個月的逐日進度計劃，一直訂到格羅夫斯將軍指定的實彈試驗日期：7月4日。然而，內爆試驗計劃似乎尚無成功把握，同時由於透鏡型炸藥的形狀方案太多，浪費了稀缺的原材料。
於是奧本海默不顧物理學家們的強烈反對，凍結了所有的新設計方案，以集中力量試驗兩種透鏡炸藥。他同時指示班希裏奇抽調足夠的人力去加速“三一計劃”的準備工作，並安排在5月初進行100噸梯恩梯（TNT）炸藥的模擬爆炸試驗。這一測驗的威力雖然比不上某些爆炸試驗，但卻是規模最大的一次人為爆炸試驗。為了增加試驗的效果，科學家們決定在炸藥中放入一定量的放射性物質，以便觀察一種新的現象——放射性物質的沉降。
七、圍繞使用原子彈的爭論
部分研究工作已近尾聲。科學家們現在有時間來討論到底應當如何使用他們所研製的新式武器了。
這場辨論還是由西拉德引起的。6年前，他曾與銀行家薩克斯聯名致信羅斯福總統請求研製核武器，現在，1945年春，他又親自出馬撰寫了一份冗長的備忘錄，論證對原子武器進行國際管製的必要性。他指出，“我們所麵臨的最大危險，可能就是在顯示了原子武器的威力之後，導致美蘇之間的原子軍備競賽。”阻止這一軍備競賽的唯一辦法就是國際管製原子能，西拉德又一次請愛因斯坦簽上了名字。
這份備忘錄被送交羅斯福總統，此時羅斯福身體已十分衰弱，已沒有能力考慮諸如此類問題。1945年4月12日，羅斯福總統突然逝世。副總統杜魯門繼任，但他對曼哈頓計劃一無所知。
第二天，洛斯阿拉莫斯的保安新首領托馬斯·瓊斯在洛斯阿拉莫斯得知總統去世的噩耗，他放下電話衝出辦公室，把這一驚人的消息告訴他所遇見的每一個人。當他將此消息告訴奧本海默後，奧本海默沉靜了很久。他向瓊斯談到幾個月前與羅斯福會見的印象。言語間表現出他對這位偉大人物衷心的欽佩。因此瓊斯堅信奧本海默決不是那種背叛祖國的人。
在辦公大樓的旗杆旁舉行了追悼儀式。奧本海默作了簡短的講演，引用了古印度聖詩勃哈加瓦基達中的一段話。他充滿悲痛，語調低沉，但聽眾深受感動並銘記在心。
4月份，洛斯阿拉莫斯的各項工作進展順利，奧本海默告訴格羅夫斯，預計到8月1日可以製成一枚實用原子彈。格羅夫斯聽後很興奮，立即前往華盛頓向新總統彙報。
這是杜魯門第一次閱讀關於原子彈計劃的詳細報告。格羅夫斯詳細介紹了發展原子彈的整個過程及準備如何使用它的設想。他指出，自1943年之後就已將日本列為可能襲擊目標之一。當時有可靠的軍方情報估計，如果使用原子彈，可以代替美軍在日本本土登陸而取得戰爭的勝利，這樣可以少犧牲100萬人以上。
杜魯門為格羅夫斯的話動了心。實際上軍方還有一種估計，即在日本本土登陸時要付出4萬人左右的生命而格羅夫斯沒有講到。
美國隨即組成了“臨時委員會”和由康普頓、勞倫斯、費米與奧本海默組成的學術委員會，負責研討美國對原子武器的未來政策。
1945年5月7日清晨，科學家們引爆了100噸梯恩梯炸藥，進行了“三一計劃”的演習。在同一天，德國宣布無條件投降。對於洛斯阿拉莫斯的大多數科學家來說，這個消息無異宣布了他們的任務發生了根本性的變化。他們不再是與納粹德國在發展原子彈方麵進行生與死的搏鬥，而是在為美國軍火庫研製另一種更為致命的新式武器。不過，大家仍然受到這項計劃進展的順利和涉及的精湛技術的鼓舞，繼續努力工作。
很少有人像西拉德哪樣富有遠見，能夠評價原子彈對於戰後政治形勢產生的深遠影響。多數科學家的憂慮僅僅出於人道觀念。人人都明白，必須盡可能快地結束對日戰爭。然而，除了用原子彈直接襲擊日本外，有沒有別的方法呢？例如，是否可以在使用原子彈之前事先以某種方式警告或者甚至進行一次威懾性演習呢？
5月31日新成立的臨時委員會和所屬學術委員會舉行聯席會議，會上也討論了上述問題。奧本海默在會上起了重要作用。當時成立學術委員會的目的，是要他們能反映大多數科學家的觀點，但奧本海默以及其他委員實際上多年以來早已習慣於從政治角度考慮問題。
首先會上集中討論在原子能計劃的各種技術與實際工作的問題，接著討論就轉向一個棘手的議題：究竟是以突然使用原子彈的方式使蘇聯人震驚，還是事先通知他們？奧本海默表示，蘇聯在科學方麵一直持友好態度，因此他認為應當爭取最好的可能性，即與蘇聯談判在原子能方麵的未來國際合作問題。總參謀長馬歇爾上將支持他的觀點，並認為事先通知蘇聯，甚至邀請他們參觀試驗並沒什麼危險，而且可能有助於消除美蘇間的隔閡。但是由於總統代表詹姆斯·伯恩斯的反對，這個建議未獲通過。
隨後又提出了否能進行一次原子彈的威力顯示而不必真正用於實戰的問題。勞倫斯扼要地提出問題，奧本海默則深入探討了究竟有無實際可能的其它方案。他表示不相信進行一次試驗就足以使日本人承認這種武器的威力而放棄戰爭。不僅如此，如果在對目標進行襲擊前就預先發出警告，也存在許多實際上的困難。例如，原子彈可能是一個未爆炸的啞彈；日本人可能將來襲的美機擊落；也可能先把美國戰俘送到目標區。也如果進行了一次威力顯示而未能使對手恐懼而投降，則永遠失去了使敵人在新武器麵前驚惶失措的機會。無論如何，還有一個未定因素：究竟原子彈造成的傷亡會不會比上次大規模空襲東京的傷亡更大？
根據奧本海默的這些意見，臨時委員會提出三項重要建議：1.對日本使用原子彈；2.目標應是周圍有居民區的軍事設施；3.在使用前不進行任何預先警告。這樣，奧本海默在這次會議上並沒有自始至終地支持科學家們在對日使用原子彈的道義方麵的主張，而完全從政治與戰術角度上考慮了這個問題。
雖然政府的顧問們與科學家們都同樣認為未加警告的原子彈襲擊將對日本與蘇聯都會引起極大震動，但兩者的目標完全相反，科學家們所擔心的首先是這種震動的遠期後果會引起軍備競賽。但這時奧本海默仍然不同意這種觀點。西拉德在華盛頓遇見奧本海默，並向後者闡述了這種觀點。奧本海默的回答卻使人感到他根本沒有看到這種長遠的影響。他說：“你真的認為如果我們事先告訴蘇聯，然後再對日本使用原子彈，蘇聯就會領受我們的好意了嗎？”西拉德回答說：“他們無疑是會理解的。”
4天以後，奧本海默參加了在洛斯阿拉莫斯舉行的第二次學術委員會，康普頓對委員會當時的情況與他本人所麵臨的進退兩難的困境作了如下描述：
“我們想到正準備在日本登陸作戰的美國士兵們，理解到今後戰鬥還要犧牲多少美國人與日本人的生命。我們決心盡一切可能，尋求一種使日本軍國主義者能夠信服，而同時又不犧牲生命的顯示原子彈威力的途徑。我們多麼希望能找出這種方式啊！”
在洛斯阿拉莫斯這個惱人的周末期間，奧本海默的處境也是左右為難。“我一方麵陳述了反對投擲原子彈的理由和擔小……但是另一方麵又不能不讚同這種主張。”後來他這樣追述當時這種矛盾的心情。
對應否使用原子彈來結束戰爭這一問題能夠真正看清楚並有發言權的一個人就是奧本海默，但當時不管是由於什麼原因，他卻並未參加爭論，而隻是從實用主義的立場闡述自己的觀點。他本人在以後曾公開對6月末這次學術委員會所表現的缺乏遠見與政治上的勇氣表示遺憾——而他的這種失敗感中必然混雜著自己的悔恨：當時如果他在這個問題上能采取更多的主動，恐怕他比任何其他人都具有更大的可能性去改變曆史的進程。
八、“我成了死神”
“三一”試驗場正在全力進行準備工作。
6月初，一座110英尺高的鋼架塔開始安裝，在它頂部的小棚內將安裝綽號叫“胖子”的鈈彈。洛斯阿拉莫斯采取了最嚴厲的保安措施。奧本海默與負責監督內爆式原子彈的高級科學小組——稱為“牧童委員會”——最後確定了試驗日期——7月16日清晨4時。
7月初，日本戰敗已成定局，但仍有兩個因素促使美國決定使用原子彈：一是針對蘇聯，戰爭後期，美蘇冷戰已露端倪，美英蘇三巨頭將在波茨坦會晤，杜魯門需要有原子彈撐腰。同時，美國政府想以原子彈促使日本早日投降，以阻止蘇聯出兵中國東北並因此在遠東獲得利益；二是日本不會無條件投降。
原子彈試爆準備工作在緊鑼密鼓地進行著。由於多年的忙碌，加之心情緊張，也許還有對原子彈前途的憂慮，奧本海默此時已心力交悴。為使他身心不致崩潰，格羅夫斯煞費苦心地從東部請來奧本海默的密友伊西多爾·拉比來陪伴他。
7月5日，奧本海默致電勞倫斯和康普頓，邀請他們前來“三一”試驗場。
7月11日晚，奧本海默與家人告別前往試驗場。
7月2日淩晨，經過嚴格防腐蝕、防漏水、防過熱以及防一切意外事故的，價值20億美元的鈈彈芯被從奧米加實驗室的地下倉庫內取出，分別裝入兩個特製的手提箱內，在兩輛警衛車護送下運往阿拉莫戈多的“三一”試驗場。
早晨9時，開始裝配原子彈芯。室內氣氛極端緊張。隻要有一點疏忽，哪怕是瞬時達到臨界，不僅會使彈芯無法再用，也將使整個裝配小組成員受到過量照射而注定會慢慢地死去。奧本海默親臨現場觀看，但在此情況下他已全然無法幹預。正如在劇幕升起之時，導演對演員的演技已無能為力一樣。但考慮到他的緊張情緒會影響到所有在場的人，因而影響到工作順利進行，他被要求離開現場。