Ezután Roosevelt létrehozta az Uránium Bizottságot, amely tagjai között volt Szilárd Leó, Teller Ede, Wigner Jenő és Enrico Fermi, a kutatások vezetője.

Neumann 1943-tól csatlakozik az akkor már Los Alamosban dolgozó tudóstársaihoz, és kivette részét a Manhattan-projekt munkálataiból.
Matematikusként végzett számításokat és oldotta meg a problémát annak érdekében, hogy miként lehet a kritikus tömeget gyorsan elérni.

Ehhez az egyik gondolat az volt, hogy a külön-külön kisebb tömegű részeket gömbbé kell egyesíteni, de úgy, hogy egyszerre jöjjön létre az egészben a láncreakció, azaz az esetleges kisebb részekben létrejövő helyi láncreakció ne robbantsa szét a bombát a tényleges felrobbantás előtt.
A gömb alakú lökéshullám létrehozása volt a fő probléma, amelyre Neumann és Tuck találta meg a szellemes megoldást egy lencse alakú nagy erejű robbanóanyag formájában.

A részek egyesítésének technikai részleteit együtt dolgozta ki Seth Nedermeyer, Teller Ede, James L. Tuck és Neumann.