德国军需部长斯皮尔对原子弹很感兴趣，他了解到核研究在人员、资金和材料上遇到了众多困难时，就批给核研究200万马克的资助，但是，这些钱最后并没有落实到核研究上，而被挪为他用。
美国在开展此项研究的同时，也密切关注德国在这方面的进展。“曼哈顿计划”总部派出一个谍报小组，专门负责破坏德国制造原子弹的计划和行动，甚至刺杀或绑架德国科学家。小组名叫“阿尔索斯”，包括翻译人员，最初由13个军事人员和6个有军衔的科学家组成。1942年10月，他们获知德国正在加紧生产重水，经过周密计划，4名突击队员被空投到挪威的深山中，经过15天的滑雪，接近了德国的重水工厂，两个月后，又有6名突击队员赶到，在当地游击队的配合下，他们混过了德国人的岗哨，进入生产重水的车间，一举把半吨重水和部分设备全部炸毁。
1943年，德国修复了这座工厂，经过上次的教训，他们意识到在国内生产重水才是安全的。于是，准备把这些设备装上“海特洛”号轮船运回德国。尽管行动十分隐秘，仍没逃过“阿尔索斯”小组的眼睛。在轮船起航之前，小组神不知鬼不觉地在船舱里放上了定时炸弹。1944年2月，“海特洛”号行驶到挪威延斯佐湖时，一声巨响，船身逐渐倾斜，“海特洛”号伴随着全部重水生产设备和最后一批重水，沉入了海底。这次行动充满了传奇色彩，战后被拍成多部电影，其中以《特立马克的英雄》最为著名。
1945年春天，德国核研究小组在斯图加特附近发现了一个岩洞，在那里建立了一座重水作减速剂的大型反应堆。但此时的德国，在战场上已经走到了尽头。这个反应堆和海森堡本人都被盟国俘获了。
在这场竞争中，德国本来具有绝对的优势：它手中拥有丰富的铀矿，攫取了捷克斯洛伐克的沥青铀矿，霸占了比利时1，200多吨精选铀矿石，还有本国的萨克森铀矿；其次，它还有发达的化学工业、先进的机械制造工业、雄厚的财力，远远超过欧美诸国；最重要的，它拥有大批素质较高的研究人才，还有起步较早的原子物理学研究。这一切使它具有了问鼎核科学这一新兴的尖端学科的实力。但德国却未能首先制造出原子弹来，原因是很复杂的。
首先，德国物理学界中有很强的保守势力，在现代物理学和传统的经典物理学发生冲突时，他们总是处于上风，并对政府的决策起着重要的影响。勒纳，1905年因对阴极射线的研究获得诺贝尔物理奖。斯塔克，因发现斯塔克效应获得1919年诺贝尔物理奖。他们两人从20年代就致力于“日耳曼物理学”的研究和分类，迎和纳粹的“日耳曼是最优秀的民族”这类宣传。他们不断晋见纳粹的高级领导人，在报纸杂志上不断发表文章，攻击爱因斯坦、普朗克、海森堡和他们的学说。反对现代物理学的运动，使德国的物理学教学和研究都受到很大损害，也使很多人对原子能产生错误的认识，阻碍了进一步研究的兴趣。全德只有一台回旋加速器，在战争快结束时，才开始运转。
1933年1月，希特勒当上德国总理后，对犹太人等非日耳曼民族实施种族歧视和迫害，使身居中欧的大批科学家流亡到美国，其中仅物理学界的泰斗级人物就有爱因斯坦、玻尔、费米、西拉德等等。这一年，共有20位诺贝尔奖获得者辞职，包括11位物理学家。慕尼黑大学在索末菲的领导下，在原子研究方面成绩出色。1935年他退休时，推荐海森堡接管，但纳粹当局拒绝了这一要求，最后还是让一个纳粹分子占据这个职务，此后，这个中心再也没取得什么成就。纳粹还在青年学生中大量煽动征兵，使一批年轻的研究人员踏上了战场，由于缺少一支年轻的研究队伍，研究工作难以继续。
其次，纳粹对核研究的组织极为混乱。希特勒强调说：“德国教育需要的是个人为团体的牺牲精神，而不是科学助长起来的物质利己主义。”这就把科学研究和人的品德对立起来。德国的核研究靠的是政治狂热，而不是以科学为基础而开展的。舒曼被物理学家们嘲笑为只会奏军事音乐，埃索在1942年后的兴趣转向了细菌战。戈林也只关注研究工作立马奏效。教育部和军需部长期存在着矛盾，这严重影响了核研究的正常进行。军方没有指定专门的高级人员负责材料供应，科技人员又没有优先权，经费投入不足。这些都制约了研究的进行。
纳粹一直没有认识到核研究的重大意义。军队在抓获第一次破坏挪威重水工厂的英国突击队员后，没有详加审讯就把他们处决了，也没有采取措施来加强工厂的保卫工作，最后导致工厂完全被毁。
许多从事核物理研究的科学家的心情也非常矛盾，这使他们不能全身心投入到研究中去。海森堡在理论上看到原子弹可行后，预计到它会对战争产生决定性的影响。1941年夏天，他拜访了玻尔，希望玻尔能联合各国物理学家，以技术困难为理由，共同阻止研制核武器。同时，他还十分关注原子弹的巨大破坏力对平民的伤亡，这又导致他和冯·魏扎克关于原子弹道德问题的争论。海森堡是德国核物理学家的灵魂，他的态度对核研究起了极大的延缓作用。海森堡在柏林与德国军队中的反对派有很密切的关系，这些反对派在1944年曾试图用武力推翻希特勒的统治，但未能成功。
德国成就巨大的科学家有个共性，倾向于基本原理和基本现象的探索，不愿从事平淡而繁琐的技术性工作。而一些从事具体技术性工作的人，许多被转入其他军事研究部门，这造成核研究的脱节。在铀的同位素分离和重水生产方面，研究最初都进展神速，但没人有效地把它过渡到大规模的工业生产。
就这样，德国在这场核军备竞赛中，由先进变为落后，始终未能造出原子弹。不过，这也许是人类的幸运，不可想象，一旦希特勒这个战争狂人掌握了这种武器，西半球的版图还是不是今天这个样子，人类会不会走向毁灭的边缘。
No.3英美之间的卓越合作
在英国，汤姆逊、卢瑟福领导过的卡文迪实验室，在原子核研究方面曾做出了巨大的成绩。他们拥有发现中子的查德威克、静电加速器的发明人克饶夫、诺贝尔奖获得者乔治·汤姆逊等一大批优秀的物理学家。随着战争阴云的临近，这些科学家纷纷为战争服务，积极投身到最新的防卫武器雷达的研制当中，原子核的研究暂时停止了。1939年初，迈特纳和弗里施发现原子核裂变的消息传到了英国，查德威克等人只能在闲谈当中，分享铀裂变带给物理学界的激动。
在伦敦帝国学院任教的汤姆逊多次参与英国的国防研究，对新技术的军事应用价值非常敏感。得知核裂变的消息后，他建议政府对铀矿石的生产和买卖进行监视和控制。他成立一个小组，用放射源产生的快中子轰击铀氧化物，但没有观察到铀裂变时产生的次级中子再次触发新裂变的现象。小组又转向慢中子的研究，但仍没有取得预期的结果。汤姆逊由此认为，原子能的研究是不值得进行下去的。他的这种观点，加深了英国政府对核研究的怀疑态度。
弗里希在核裂变的研究中曾做出了重要贡献，他是玻尔物理研究所的实验核物理专家，德国入侵丹麦后来到英国。还有一名德国的理论物理学家和数学家派尔斯，因对纳粹不满也来到英国。1940年2月初，他们合写了一份报告，在理论和技术上第一次讨论原子弹的问题。报告首先陈述了铀235的链式裂变反应的机制、反应条件、反应时间等问题。报告认为，在任何情况下，包含着中子缓冲剂氢的铀235不可能作为有效的超级炸弹。最后，报告讨论了在工业规模上分离铀235的可能性，认为纯铀235可以用作这种炸弹的材料。结论是，用重量不大的纯铀235确实能做成极有效的爆炸物。由于缺少实验数据，他们估计原子弹的最少临界质量是600克。对于原子弹的威力，报告认为5公斤铀235的威力，相当于几千吨硝化甘油炸药产生的爆炸力。关于原子弹的实际装置，他们认为处于亚临界状态的铀材料是很安全的，发明一种把几块亚临界的铀材料推合在一起的装置，是提高核爆炸效率的关键。报告还提到了原子弹的放射性污染问题。认为对于生物来说，即使在爆炸发生很长时间后，还会有毁灭性的灾难。
这份报告极大改变了政府和科学界对原子弹的看法，大家都怀着极大的兴趣关注着这件可以被实现的超级武器。1940年4月，英国政府成立了一个负责核研究的专门委员会，该委员会隶属于空军，主席是汤姆逊，成员包括查德威克等一大批英国籍的核物理专家。委员会为自己起了一个“贸德”的代号，这其实是玻尔家中保姆的名字。9月，又成立了一个技术委员会，把在英国的所有核物理专家都吸收进来。到了年底，他们通过实验和理论计算得出结论，自持式链式反应可以在氧化铀与重水组成的反应堆中进行。他们还估计了反应堆所需的重水数量，这远远超过了当时英国的生产能力。
科学家们在实验中发现，用金属铀要比用氧化铀效果好。当时英国不具备生产高纯度金属铀的技术，查德威克就请美国有关高校为英国提供这方面的技术，同时在伯明翰大学化学系投入力量，开始在实验室小规模生产。他还认为，核研究应该与工业界合作，为此，他设法将氧化铀的研究和生产任务交给了英国帝国化学工业，该公司不久就制订了这方面的商业生产计划。
在铀的同位素分离方面，弗里希在报告中曾提出，用热平衡法，但这个方法效率很低，不能实际应用。恰在这时，受纳粹迫害逃到英国的西蒙教授发明了气体扩散法，这种方法费用省，生产量大，具有实际应用价值。
查德威克还邀请军队的武器专家对原子弹的触发和爆炸力等问题进行探索，专家们肯定了原子弹的威力，并认为引爆装置是可以解决的。
