Очень трудоемкой и многоплановой была проблема создания научно-исследовательских и опытно-конструкторских институтов и спецлабораторий. ПГУ сразу же были преданы: Лаборатория № 1, Лаборатория № 2, Лаборатория № 3, филиал Лаборатории № 2. По распоряжению Берии НКВД передало в систему ПГУ-9, впоследствии ставший головным технологическим институтом атомной промышленности. Поскольку задача создания новой отрасли носила комплексный характер, то привлекались организации из самых разных отраслевых министерств. Минимпром предал ПГУ НИИ-13 и НИИ-26. А в последующем к работам привлекались также НИИ химчаша и НИИ-42. От Минпрома средств связи – ЦКБ-326, НИИ-88 от Министерства вооружения. Даже от Министерства сельхозмашиностроения были задействованы НИИ-504, ГСКБ-47, НИИ-6, проектировавшие специальное оборудование. Над созданием бомбы работал и огромный коллектив ученых-теоретиков из Института химической физики АН СССР, Физического института АН СССР, Радиевого института АН СССР, Института физических проблем АН СССР, ЛФТИ и так далее.
Ответственность за четкую бесперебойную и эффективную работу всего этого огромного комплекса лежала на Берии. Он вникал во все мелочи, вплоть до личного комплектования рабочих групп физиков и инженеров-проектировщиков. По стране собирали подающих надежды молодых ученых, которых по поручению Берии отбирали такие выдающиеся ученые, как академики Тамм и Фок, а также Ландау, Гинзбург и другие. Потом прошедших «смотр» направляли на работу в различные КБ и НИИ. Так, будущий академик Ю. Д. Сахаров фактически по личному настоянию Берии был включен в группу ученых-теоретиков, уже тогда начавших разрабатывать термоядерную (водородную) бомбу, хотя на «смотринах» его «забраковали».
Исследования шли полным ходом, и в 18 часов 25 декабря 1946 года в Лаборатории № 2 впервые в Восточном полушарии была получена цепная ядерная реакция на вступившем в строй опытном урано-графитном реакторе Ф-1 («Физический-1»). Руководил запуском и контролировал его Игорь Васильевич Курчатов, чье имя навсегда связано с созданием ядерного оружия в СССР. Буквально через несколько дней Лабораторию посетил и Берия, которому продемонстрировали работу реактора. По существу, это была этапная точка в создании атомного оружия в нашей стране, так как теперь, когда окончательно стало ясно, что расщепление атома возможно, вопрос стоял лишь во времени. Хотя оно-то как раз и было ограничено.
