В самом начале войны его вызвали в наркомат и направили главным инженером на новое предприятие "Уралхиммаш" в Свердловске. Туда эвакуировали оборудование уже знакомого Н. А. Доллежалю киевского завода "Большевик". Приехав в Свердловск, новый главный инженер обнаружил, что там, где по проекту должны были располагаться цеха, шумит лес. А план на выпуск продукции уже был спущен, и "Уралхиммаш" уже должен был отгружать на фронт тяжелые минометы. Доллежаль тут же отбил в Москву телеграмму наркому: "Прибыл на место, завода не нашел". Скорый ответ гласил: "Нужно, чтобы он был". Станки ставили под открытым небом, копали землянки для жилья. Первый цех разместился в гараже. Вскоре пошла продукция.
А в 1943 году Н. А. Доллежаль получил задание, которое в разгар войны выглядело удивительно - создать крупный научно-исследовательский институт химического машиностроения. Причем под этот проект было обещано предоставить все, что потребуется. Казалось бы - война, все ресурсы отданы фронту, а тут огромные средства вкладываются в институт, который даст результаты только в далеком будущем.
Свердловский НИИХиммаш стал научно-исследовательским учреждением нового типа, где воедино соединились мощные научные силы с современной техгнической базой. После войны, когда создавалась атомная промышленность, этот институт сыграл свою роль. Пусть не решающую, но тоже важную.
А головным проектным центром атомного машиностроения стал Московский НИИХиммаш. Его уже после войны основал все тот же неутомимый Н. А. Доллежаль, перенеся в столицу те принципы создания научного учреждения нового типа, которые отработал в Свердловске. Комплексный институт, где сосуществовали исследовательские отделы, конструкторские бюро и экспериментальное производство, позволял воплощать задуманное задуманное уже на стадии первоначальной идеи. Такой подход многократно сократил время на создание новой техники.
Накануне нового 1946 года Доллежаля привезли к Курчатову. И тут же назначили Главным конструктором промышленного реактора. Причем ещё не был построен даже лабораторный, его пустили только через год. Да и об атомной энергии свежеиспеченный Главный конструктор ничего толком не знал. Зато он имел инженерное чутье, нетривиальный взгляд на проблемы и умел отстаивать свои идеи. Прибавьте к этому колоссальный конструкторский и организационный опыт.
В основе идеи промышленного реактора лежал "горизонтальный" принцип управляющие стержни двигались по горизонтальным каналам. Именно так были устроены американские реакторы. Но Доллежалю эта схема не нравилась. Как инженер-конструктор он видел её "некрасивость", а совершенные конструкции обязательно выглядят красиво. Его торопили, физики над ним посмеивались. А потом Н. А. Доллежаль предложил "вертикальный" принцип. И все оппоненты сразу поняли, что значит красота конструкторского решения. Теперь реактор мог располагаться ниже уровня земли, что облегчало его защиту, а стержни в активную зону легко опускались и поднимались краном.
В июне 1946 года И. В. Курчатов подписал чертежи реактора.
У "Маяка" много названий - "База №10", "Госхимзавод имени Д. И. Менделеева", Челябинск-40, Челябинск-65, город Озерск.
Строительство было масштабным. Одновременно воздвигались "Объект А" промышленный атомный реактор ("Аннушка") для наработки оружейного плутония; рядом с ним "Завод Б", он же завод 25 - радиохимическое производство, где из облученного урана должен был выделяться плутоний; "Завод В" (завод 20) химико-металлургическое производство, конечным продуктом которого являлся металлический плутоний, шедший для начинки ядерных зарядов.
Весной 1948 года истек двухгодичный срок, отпущенный Сталиным на создание советской атомной бомбы. Но к этому времени не то что бомбы, не было расщепляющихся материалов для её производства. Более того, ещё не построили промышленный реактор для получения ядерной начинки. Вождь пришел в ярость. Чем это грозило, понимали все. Не только Берия, но и Ванников свирепо карали за ошибки, простои и задержки. О крутом нраве Ванникова до сих пор ходят легенды. Рассказывают, что однажды инженер-монтажник Абрамзон что-то не так смонтировал. Расправа была короткой и немедленной. Нарком лично отобрал у инженера пропуск на объект и сказал: "Ты теперь не Абрамзон, а Абрам в зоне". И человек тут же был отправлен в лагерь, для удобства расположенный прямо на территории строительства, и пробыл там до 1956 года.
19 марта 1948 года приняли в эксплуатацию первый промышленный реактор для наработки оружейного плутония. Объект "А" получил в народе ласковое имя "Аннушка", ставшее вскоре почти официальным. Физический пуск реактора произошел 7 июня. Этим лично занимался И. В. Курчатов. Когда мощность достигла десяти киловатт, реактор на всякий случай заглушили. Стало понятно, что он способен работать. 10 июня в 8 часов утра началась рабочая эксплуатация. А выход на полную мощность, промышленный пуск, произошел 19 июня в 12. 45. Первые микрограммы плутония к этому времени уже были выработаны в урановых стержнях реактора.
Только отрапортовали Сталину и отпраздновали успех, как на следующий день произошла первая авария и реактор срочно остановили. Произошло разрушение нескольких урановых блоков, они осели и плотно спеклись с графитовыми кирпичами кладки. У металлургов это называется "козел". В придачу повысилась радиоактивность воды в охладительном контуре.
Работники, пытавшиеся извлечь из реактора разрушившиеся, вспухшие блоки, получили огромные дозы радиации, но так и не смогли ничего сделать. Произошло радиоактивное заражение многих помещений. Тем не менее реактор снова был выведен на полную мощность. Так приказал Берия. Следующая подобная авария произошла через месяц. Ее последствия ликвидировали без остановки реактора.
20 января 1949 года "Аннушку" остановили для капитального ремонта. Наработанного в реакторе плутония было уже достаточно для изготовления одной бомбы. Но для того, чтобы продолжить работу и снова загрузить реактор, требовался уран. А его в необходимом количестве не было, кроме того, что находился внутри "Аннушки". И тогда поступил приказ любой ценой извлечь из реактора весь остававшийся в нем уран. Служба главного механика И. А. Садовского разработала специальные "присоски", с помощью которых стали доставать из реактора урановые блоки. Прямо здесь, в реакторном зале, сидел за столом И. В. Курчатов, осматривал облученные урановые блоки и сортировал их. Здесь же рядом их и складывали. Все, кто находился в это время на "Аннушке", получили огромные дозы радиации.
Восстановленный, заново сложенный первый реактор снова начал работать 26 марта 1949 года.
В истории советского атомного проекта решающим днем стало 29 августа 1949 года. Предстояло испытать первый ядерный заряд. От исхода испытаний зависели судьбы тысяч людей. Если бы взрыв не произошел, можно не сомневаться - Берия организовал бы такое показательное "дело физиков", что советская наука никогда бы не оправилась после столь масштабных репрессий. Пересажали бы всех, кто имел отношение к урановому проекту, а так же членов их семей, друзей и знакомых. И после этого просто некому было бы делать бомбу.