Непосредственное руководство организациями и предприятиями, решавшими атомную проблему, осуществляло Первое главное управление при СНК, подчиненное Спецкомитету. Начальником ПГУ назначен Б. Л. Ванников. Н. А. Вознесенский обязывался организовать в Госплане управление по обеспечению заданий Спецкомитета. В постановлении ГКО подчеркивалось, что никакие организации, учреждения и лица не имеют права вмешиваться в административно-хозяйственную и оперативную деятельность ПГУ. Постановление предусматривало организацию «закордонной разведывательной работы по получению более полной технической и экономической информации об урановой промышленности и атомных бомбах». В апреле 1946 г. в системе ПГУ было организовано КБ-11 («почтовый ящик» Арзамас-16) во главе с П. М. Зерновым и Ю. Б. Харитоном с четкой задачей — изготовить атомную бомбу.
Параллельно развертывалось ракетостроение. В апреле 1946 г. оно было выделено в самостоятельную отрасль оборонной промышленности, в следующем месяце создан Спецкомитет по реактивной технике (председатель Г. М. Маленков, затем Н. А. Булганин), а 18 октября 1947 г. на построенном в том же году полигоне Капустин Яр испытана советская ракета среднего радиуса действия — копия немецкой ракеты Фау-2, воспроизведенная под руководством В. П. Королева. В 1950 г. испытывалась баллистическая ракета с дальностью до 3000 км. 10 июля 1946 г. при Совете министров СССР создан специальный Комитет радиолокации (возглавляли Г. М. Маленков, затем М. 3. Сабуров), также развернувший работы по упрочению оборонного щита страны. В сентябре 1952 г. Сталин подписал постановление о создании атомной подводной лодки.
Все это требовало огромных затрат. В годы Корейской войны только прямые военные расходы СССР поглощали четверть годового бюджета страны. В 1980 г. один из участников решения оборонных задач президент АН СССР А. П. Александров заявил: «Теперь можно прямо и откровенно сказать, что значительная доля трудностей, пережитых советским народом в первые послевоенные годы, была связана с необходимостью мобилизовать огромные людские и материальные ресурсы с тем, чтобы сделать все возможное для успешного завершения в самые сжатые сроки научных исследований и технических проектов для производства ядерного оружия».
Решение атомной, ракетной и других оборонных проблем велось в десятках новых закрытых городов с уникальными предприятиями, лабораториями, конструкторскими бюро. Позже эти производственные центры стали известны как Арзамас-16, Снежинск, Маяк, Приозерск, Шиханы, Горный, Камборка, Капустин Яр, Сунгул, целые районы вокруг Красноярска, Томска, Москвы.
25 декабря 1946 г. И. В. Курчатов запустил опытный урано-графитовый реактор (работы велись с марта 1943 г.) и осуществил на нем цепную ядерную реакцию деления. 22 июня 1948 г. под Челябинском, в нынешнем г. Озерске, был запущен первый промышленный ядерный реактор и введен в эксплуатацию завод по производству плутония. Началось накапливание продукции для первого ядерного заряда. Успешное испытание советской атомной бомбы было проведено 29 августа 1949 г. на полигоне в 170 км западнее Семипалатинска. Это была бомба, созданная на основе американской схемы. Бомба собственной оригинальной конструкции (разрабатывалась с весны 1947 г.) испытана 24 сентября 1951 г. Она была почти в 2 раза легче копии американской и в 2 раза мощнее ее.
В то же время приоритетное развитие тяжелой индустрии, перераспределение средств в ее пользу привели к углублению разрыва в производстве продукции групп «А» и «Б». Это была своего рода мина замедленного действия. Планы по развитию легкой и пищевой промышленности не выполнялись. Тем не менее годы 1-й послевоенной пятилетки стали временем начала массового выпуска ряда сложных потребительских товаров — легковых автомобилей «Победа» и «Москвич», мотоциклов, радиоприемников, телевизоров, существенно преображавших облик городов и быт советских людей.