从1943年开始，美军在太平洋发动对日反攻，沿太平洋各岛屿向日本本土逼进，战局对日本日益不利。日本军方愈益希望发明某种超级武器，出奇制胜。东条英机在1943年初曾亲自指示有关部门，加紧研制原子弹，并保证优先供应资金、材料和劳动力。当年7月，日本物理学家根据东条指示，制订了一个“二号研究”计划，试验用热扩散法分离铀同位素。
1945年8月，美国在日本广岛投下第一颗原子弹后的两天，日本大本营召集荒胜文策等日本著名的原子弹研究权威开会，提出要在长野县的深山密林中用花岗岩建立一个地下基地，集中全部专家和一切力量，在半年内研制出原子弹，报复美国。日本科学家们以物资供应短缺为由，否定了军方的要求。由于缺乏铀资源，工业实力和电力供应有限，日本的原子弹研制进程大大落后于欧美各国。
苏联的原子弹研制工程，虽然落后于德国，却先于日本起步。30年代初期，苏联已建立了3个核研究中心，两个在列宁格勒，一个在哈尔科夫。1940年，一个从德国逃到苏联的犹太物理学家向苏联情报机关密报了德国原子弹工程的进展。斯大林得此报告后，极为震惊，立即下令苏联科学家一定要在4年内制造出原子弹。
