В исполнение этого распоряжения 10 марта 1943 г. было подписано распоряжение № 122 по АН СССР о назначении И.В. Курчатова начальником Лаборатории № 2, задачей которой являлось изучение методов получения плутония в графитовых и тяжеловодных реакторах, а также проведение исследований в области разделения изотопов урана. Создание атомного взрывного устройства не являлось непосредственной целью начатой в 1943 г. работы.
Для определения возможности осуществления цепной ядерной реакции и разработки методов обогащения урана планировалось сконцентрировать усилия Лаборатории № 2 на создании ядерного реактора. Проведенный Курчатовым весной 1943 г. анализ разведывательных данных привел к появлению нового направления исследований, связанного с получением и использованием плутония. В Лаборатории № 2 были начаты исследования по производству плутония в графитовых и тяжеловодных реакторах и изотопному обогащению урана. Примерно в это же время в Радиевом институте было начато исследование физических и химических свойств плутония, полученного на циклотроне в количествах, исчисляемых в микрограммах. Курчатов также добивался расширения геологической разведки и добычи урана.
20 марта 1943 г. Курчатов направляет записку М.Г. Первухину (зам. председателя СНК СССР) о необходимости привлечения к работам Л.Д. Ландау и П.Л. Капицы, а 3 апреля – о привлечении к работам П.Я. Глазунова (ЛФТИ), проректора Московского государственного университета В.И. Спицына и его сотрудника В.В. Фомина.
Курчатов предложил план исследований, преследующий три основные цели: достижение цепной реакции в экспериментальном реакторе с использованием природного урана; разработка методов разделения изотопов; проведение исследований по созданию как бомбы на уране-235, так и плутониевой бомбы.
В первом полугодии 1943 г. Курчатовым было подготовлено около 20 докладов и записок о ходе работ по урановой проблеме, трудностях и достигнутых результатах. Так, 22 марта 1943 г. он подробно, на восьми листах, сообщал Первухину о некоторых исследованиях, а в разделе «Трансураны и урановая бомба» писал: «Если в действительности экаосьмий (плутоний) обладает такими же свойствами, как уран-235, его можно будет выделить из уранового котла и употребить в качестве материала для экаосьмиевой бомбы».
Чуть позже в правительство были представлены отдельные работы ученых о проведенных исследованиях возможностей практического использования внутриатомной энергии урана: Я.Б. Зельдович, Ю.Б. Харитон. «О возникновении взрывной реакции деления в металлическом уране при участии в реакции изотопов урана-238 и урана 235»; К.А. Петржак, Л.А. Орбели «Определение сечения деления изотопа урана-235 нейтронами энергией 200 кВ»; М.О. Корнфельд. «О получении тяжелой воды»; В.И. Спицын «Материалы и химия углерода».
30 июля 1943 г. из распоряжения ГКО «Об организации геологоразведочных работ, добычи урана и производства урановых солей»:
«1. Обязать Академию наук СССР (т. Комарова):
а) организовать при Узбекском филиале Академии наук СССР радиометрическую лабораторию для производства точных количественных определений на уран;
б) организовать в 1943—1944 гг. в лабораториях филиалов, баз и соответствующих институтов Академии наук СССР работы по определению радиоактивности образцов пород руд и вод, собранных геологоразведочными партиями в количествах и сроки по согласованию с Комитетом по делам геологии СНК СССР».
18 августа 1943 г. во исполнение распоряжения ГКО от 30 июля этого же Президиум АН СССР постановил:
«1. Обязать Институт геологических наук АН (зам. директора, члена-корреспондента. Д.В. Наливкина и проф. Д.И. Щербакова) к 25.09.43 г. совместно с Радиевым институтом АН и Лабораторией геохимических проблем АН составить план геологических и поисковых работ по урановым рудам и представить его в Комитет по делам геологии при СНК СССР.
2. Обязать председателя Узбекского филиала АН (проф. Карыниязова) организовать к 10.12.43 г. радиометрическую лабораторию...
3. Обязать Радиевый институт (директора акад. Хлопина) организовать работу по определению радиоактивности горных пород руд и вод.
4. Обязать председателя Азербайджанского филиала АН (академика С.С. Наметкина) и Уральского филиала АН (акад. И.П. Бардина) организовать с ноября 1943 г. опробование на радиоактивность образцов горных пород, руд и вод, поступающих от геологических партий Академии наук и геологических управлений Комитета по делам экологии при СНК СССР».
В феврале 1944 г. в НКВД СССР под председательством Л.П. Берии состоялось первое совещание руководителей военной разведки и НКВД по атомной проблеме. В его работе приняли участие И.И. Ильичев и М.А. Мильштейн (от военных), П.М. Фитин, Г.Д. Овакимян и П.А. Судоплатов (от НКВД).