На этот факт обратил внимание начальник научно-технической разведки СССР Леонид Романович Квасников, инженер-химик по образованию, по долгу службы следивший за всеми научными публикациями в иностранной прессе. Нью-йоркский резидент советской разведки Г.Б. Овакимян также заметил исчезновение открытых публикаций, о чем и сообщил в Центр. Осенью 1940 года по инициативе Квасникова в резидентуры в США, Англии, Франции и Германии была направлена директива: выявлять центры поиска способов применения атомной энергии для военных целей и обеспечить получение достоверных сведений по созданию атомного оружия.
В ответе, полученном из Германии, говорилось, что в засекреченном исследовательском центре возле Пенемюнде немцы разрабатывают дистанционно управляемые снаряды (имелись в виду «Фау-1» и «Фау-2» способные нести заряд большой мощности. В феврале 1941 года нью-йоркская резидентура сообщила: «…По сообщению агента Бир, ядерные исследования в США проводятся с некоторого времени секретно: ученые опасаются, что их публикации могут помочь немцам создать свою атомную бомбу…»
Ознакомившись с шифровкой, Квасников подумал: «Умолчание о каком-то секрете — лучшее доказательство его существования. Теперь главное — не затерять атомный след. А еще уговорить начальника разведки Фитина не докладывать пока об этом наркому Берии». Квасников опасался, что Берия все равно не поверит и обвинит разведчиков в дезинформации.
В резидентуры ушло новое указание: продолжить выявление научных центров по созданию атомной бомбы, установить, на какой стадии находятся разработки и какие научные силы к этому привлечены.
25 сентября 1941 года из Лондона поступила ценнейшая информация, добытая агентом советской разведки «Лист» (Дональдом Макленом) о состоявшемся 16 сентября 1941 года совещании Комитета по урану, на котором было решено в течение двух лет создать урановую бомбу. Комитетом начальников штабов было вынесено решение о немедленном начале строительства в Англии завода по изготовлению урановых бомб. Сообщалось также, что английские физики определили критическую массу урана-235, а также сферическую форму заряда, разделенного на две половины и другие технические параметры. Весь проект получил кодовое наименование «Тьюб Эллойз» («Трубный сплав»).
Эту информацию доложили Берии. Его первая реакция была отрицательной: это дезинформация, направленная на отвлечение материальных, людских и научных ресурсов от удовлетворения насущных нужд фронта. Примерно в то же время на имя Сталина пришло письмо от находившегося на фронте ученого-физика Г. Флерова, который имел возможность следить за зарубежной научной литературой и тоже обратил внимание на отсутствие каких-либо публикаций по ядерной тематике. Вскоре из Лондона поступил полный доклад Уранового комитета, который не только подтвердил серьезность намерений англичан, но и содержал важные технические данные. Внесла свой вклад и войсковая разведка: в феврале 1942 года ею был обнаружен дневник с математическими формулами, принадлежавший убитому под Таганрогом немецкому офицеру, по-видимому, мобилизованному на фронт ученому-физику. Научная экспертиза дневника установила, что это были расчеты, свидетельствующие о немецких работах по делению урана.
Теперь и Берия убедился в серьезности положения. По его указанию Квасникову было поручено подготовить докладную записку на имя Сталина. В ее основу была положена мысль о том, что в СССР уже давно ведутся исследования по разработке способа использования атомной энергии урана для изготовления взрывчатых веществ. В то же время агентурным путем получены достоверные данные о развернувшихся научно-исследовательских работах по созданию урановой бомбы в Англии, США, Франции и Германии. В записке далее говорилось о целесообразности создания при Государственном комитете Обороны научно-совещательного органа из авторитетных лиц, которые могли бы координировать и направлять работу в этой области. Предлагалось также «обеспечить секретное ознакомление с материалами разведки по урану узкого круга лиц из числа видных ученых и специалистов с целью оценки ими развединформации и соответствующего ее использования».
К этому времени уже существовала Урановая комиссия АН СССР, о чем разведка не знала, а академики в свою очередь и не подозревали о наличии научно-технического направления в советской разведке.
Теперь все зависело от Сталина, и он решил объединить усилия ученых и разведчиков. В конце 1942 года состоялось специальное заседание ГКО. В нем участвовали крупные ученые А.Ф. Иоффе, Н.Н. Семенов, В.Г. Хлопин, П.Л. Капица и молодой заведующий лаборатории И.В. Курчатов. Иоффе и Капица отказались от предложения Сталина возглавить работу по атомной тематике и предложили кандидатуру Курчатова.