Первым практическим шагом было создание циклотрона. Его решили монтировать в пригороде Москвы Покровско-Стрешневе, в недостроенном здании травматологического института. Материалы и оборудование с началом войны были закопаны в землю в Ленинграде и сохранились. Уцелел и семидесятипятитонный электромагнит. Рабочие и инженеры «Электросилы» подготовили его к отправке, но вывезти такое сооружение из осаждённого Ленинграда оказалось невозможным.
Кстати, одной из главных причин, по которой немецкие физики не смогли создать атомное оружие, было то, что они не имели циклотрона. По этой же причине тормозились работы английских физиков в Кембридже. А американские учёные с помощью циклотрона получили хотя и ничтожное, но достаточное для исследований количество плутония.
На московских заводах, до предела загруженных военными заказами, стали изготовлять новый мощный электромагнит.
«Трудные были дни. Некоторые даже говорили: на фронте легче, там хоть на отдых отводят, — вспоминал впоследствии один из создателей циклотрона Л.М. Неменов. — Частыми были такие сцены. Группа специалистов рассматривает чертежи. Один из участников обсуждения вдруг опускает голову на руки и засыпает... Остальные забирают чертежи, отходят в сторонку и продолжают работать».
П.Т. Асташенков в книге «Академик И.В. Курчатов» сообщает, что в историю освоения ядерной энергии вошло имя А.К. Кондратьева. В те годы, когда он начал работать в лаборатории Курчатова, ему шёл только четырнадцатый год. Знакомясь с Курчатовым, он представился, стараясь говорить басом:
— Алексей Кузьмич Кондратьев.
— Значит, Кузьмич... Ну хорошо, работай, — ответил Игорь Васильевич новому сотруднику.
С тех пор, даже тогда, когда Курчатов приходил в ЦК партии, его обязательно спрашивали:
— Ну как поживает Кузьмич?
— Кузьмич растёт, как и наше дело, — обычно отвечал Игорь Васильевич.
Осенью 1944 года, когда сотни тысяч наших орудий обрушивали на фашистов ливень снарядов, к их победному грохоту присоединилась беззвучная стрельба в Покровско-Стрешневе. Разогнанные циклотроном, построенным в немыслимо короткие сроки в невероятно трудное время, ядра тяжёлого водорода — дейтроны — бомбардировали бериллиевую мишень. Под их ударами бериллий испускал нейтроны, которые замедлялись в парафине и били в ядра урана. Работы велись круглосуточно.
Почти одновременно с началом строительства циклотрона учёные занялись созданием урано-графитового реактора. Расчёт реакции был сделан Курчатовым, начинать работу он поручил И.С. Панасюку. По теоретическим расчётам, нужно было около пятидесяти тонн урана и несколько сотен тонн графита такой чистоты, о какой даже не думали на графитовых заводах. Надо было организовать работу цепи предприятий, производящих уран, начиная с рудников и кончая получением металлического урана.