Первый этап планирования включал в себя подбор целей для нанесения удара. Следующим этапом должна будет стать подготовка экипажей бомбардировщиков в части особых требований по подготовке и обращению с атомным оружием, по наведению на цель и бомбометанию. Подверглась модификации и конструкция бомбардировщиков. Теперь они могли нести почти 4 500 кг бомбового груза, и габариты их бомбового отсека позволяли разместить в нем бомбы увеличенного объема, а экипаж самолета имел возможность, находясь в воздухе, поставить бомбу на боевой взвод, а в случае необходимости и вывести ее из этого состояния.
Пилоты и разработчики операции узнали, что наибольший эффект от применения ядерного оружия достигается, если бомба будет взорвана на некоторой высоте над целью: основным поражающим фактором атомного взрыва является гигантская ударная волна, которая имеет сферическую форму и расширяется вплоть до контакта с землей. Земная поверхность отражает волну, направив ее против себя самой. В результате наложения волн образуется результирующая волна, которая будет стремительно расходиться от эпицентра взрыва, сметая все на своем пути. Ученые также упоминали необычайно высокие температуры и ионизирующую радиацию, которая явится результатом взрыва бомбы, но пока что было неизвестно, каким будет поражающее воздействие этих факторов на объект, выбранный для нанесения удара.
После последней конференции глав союзных государств, состоявшейся в Тегеране в декабре 1943 года, усилия западных союзников были сосредоточены на разрушении ударами с воздуха промышленности Германии и на подавлении воли к сопротивлению у ее населения. Наземные силы союзников вели наступление на Восточном фронте и медленно продвигались вдоль Апеннинского полуострова в Италии. Чтобы уменьшить сопротивление, оказываемое противником наступающей Красной Армии, союзники намеревались как можно скорее открыть Второй фронт в континентальной Европе. На Тихом океане после своих поражений в Мидуэе, а позже на Гуадалканале, а еще позже — на островах Джильберта и Маршалловых островах японцы оказались лицом к лицу перед неизбежной угрозой массированных морских наступлений, и теперь союзники стояли у порога их ключевых баз в Сайпане, на Формозе и на Филиппинах.
Только в марте 1944 года на Берлин пролился огненный ливень из более чем 2 000 тонн фугасных и зажигательных бомб, и ни у кого не вызывало сомнения, что налеты военно-воздушных сил США и Великобритании еще только достигают максимума своей интенсивности. Не менее ясно было и то, что противовоздушная оборона Германии оказывается не в состоянии остановить авиацию союзников.