На последовавших встречах Фукс информировал советского разведчика о начале работ над созданием атомной бомбы в Англии и США, передал большой блок материалов о проекте «Тьюб Эллойз».
В 1942 г. в связи с отъездом С. Д. Кремера в СССР, Фукс потерял связь с советской разведкой. Тогда Ю. Кучински связал его со своей сестрой — нелегальным резидентом военной разведки Урсулой Кучински («Соня»), которая являлась оператором К. Фукса до ноября 1943 г.
В 1943 г. К. Фукс был приглашен в США. Работал в секретной лаборатории в Лос-Аламосе в рамках Манхэттенского проекта. Стал ценнейшем источником внешней разведки НКГБ-МГБ СССР, которой был передан на связь. Связь с К. Фуксом осуществлялась через агента-связника биохимика Г. Голда («Раймонд»). Первым куратором «Чарльза» по линии резидентуры НКГБ стал А. А. Яцков («Алексей»).
В январе 1945-го «Чарльз» встретился с Г. Голдом, которому сообщил, что создание урановой бомбы близится к завершению и одновременно успешно идут работы по созданию плутониевой бомбы. По всем вопросам он передал в Центр письменные материалы с необходимыми математическими расчетами, чертежами. Вторая встреча состоялась в сентябре 1945 г. Ученый рассказал связнику об испытаниях атомной бомбы, а также передал ему письменную информацию о дальнейшем усовершенствовании плутониевой бомбы, данные о том, что США ежемесячно получали по 100 кг урана–235 и по 20 кг плутония. Эти цифры дали возможность советским ученым определить, сколько атомных бомб Америка может произвести в год. До середины июня 1946 г. К. Фукс работал в Лос-Аламосе, затем возвратился в Лондон, где был назначен руководителем отдела теоретической физики научно-исследовательского атомного центра в Харуэлле.
Вернувшись в Англию, ученый возобновил связь с советской разведкой. В 1947–1949 гг. его оператором был заместитель резидента в Лондоне А. С. Феклисов, Резидентура получила от ученого важные материалы по производству плутония, которые Фукс не смог добыть в США. Они, по оценке ученых, позволили СССР сэкономить 200–250 млн руб., сократить сроки освоения проблемы. К. Фукс также передал советской разведке объемную и весьма подробную письменную информацию: детализированные данные о реакторах и химическом заводе по производству плутония в Уидскейле; сравнительный анализ работы урановых котлов с воздушным и водяным охлаждением; принципиальную схему водородной бомбы и теоретические выкладки по ее созданию, разработанные учеными Англии и США в 1948-м; результаты испытаний в США ураново-плутониевой бомбы в р-не атолла Эниветок; подробную справку о состоянии англо-американского сотрудничества в области производства ядерного оружия.