Ne všichni byli tehdy přesvědčeni o jeho kompetentnosti pro tak náročný úkol, v mnoha ohledech neměl dostatek zkušeností ani znalostí. Generál Leslie Groves, který byl prezidentem USA pověřen vývojem a konstrukcí jaderné bomby, si však Oppenheimera přesto vybral.

Svoji roli zřejmě sehrálo Oppenheimerovo vysoké sebevědomí a také jasná koncepce, se kterou se o tuto pozici ucházel. Celý projekt se rozhodl řešit interdisciplinárně, přizval odborníky nejen z oblasti fyziky a chemie.
Projekt Manhattan: Oppenheimer vedl laboratoře v Los Alamos
Po dokončení příprav byl v roce 1942 zahájen proslulý projekt Manhattan, na jehož konci budou dvě japonská města spálena na popel.
Během svého působení v projektu zažil Oppenheimer krušné chvíle po nařčení ze špionáže kvůli kontaktům se členy komunistické strany. Veškerá obvinění však byla nakonec stažena a oddělení pro vývoj atomové bomby dál pokračovalo s Oppenheimerem v čele.
Po svržení jaderných bomb na Hirošimu a Nagasaki v srpnu 1945 si Oppenheimer společně s mnoha dalšími vědci naplno uvědomil obrovský ničivý potenciál těchto zbraní. Asi za dva měsíce poté se rozhodl z Los Alamos odejít. Přezdívku „otec atomové bomby“ si nesl jako smutnou nálepku do konce života.

Za pomalý vývoj vodíkové bomby obvinili Oppenheimera
Dále působil jako ředitel Institutu pokročilých studií v Princetonu, byl prezidentem Americké fyzikální společnosti a také se stal předsedou poradního výboru Atomové komise. Velmi usiloval o nastavení mezinárodně uznávaných kontrolních mechanismů pro používání jaderné energie. Varoval před závody ve zbrojení.

Díky těmto aktivitám si ale udělal také spoustu nepřátel zejména mimo vědecké kruhy. V roce 1954 byl označen jako viník stagnace USA ve vývoji vodíkové bomby. Ačkoli se za Oppenheimera postavili jeho kolegové, byl mu následně odepřen přístup k vojenským materiálům souvisejících s jaderným výzkumem a ztratil politický vliv.
Rehabilitace se dočkal až od prezidenta J. F. Kennedyho, který mu mimo jiné udělil Fermiho cenu. Až do konce života pak Robert Oppenheimer působil s různými přestávkami v Princetonu. Zemřel na rakovinu hrdla 18. února 1967 ve věku 62 let, protože již od mladého věku patřil mezi těžké kuřáky.
Robert Oppenheimer: Citáty a zajímavosti
- V mládí se stal nadšeným sběratelem nerostů.
- V životě se prý dokázal dobře prosadit díky svému charismatu a neobvyklému přesvědčovacímu talentu.
- Proslul svým citátem z indické Bhagavadgíty, které pronesl během prvního testovacího výbuchu jaderné bomby: „Když zář tisíců sluncí vybuchne na obloze, bude to jak nádhera toho nejmocnějšího… Stávám se smrtí, ničitelem světů.“
- Spekuluje se, že za dob studií trpěl psychickými problémy, depresemi a výbuchy vzteku.
- Jako profesor dokázal nadchnout své studenty, ačkoli na ně míval nepřiměřené požadavky.
- Ve 30. letech se v reakci na události v Německu stal členem a podporovatelem komunistické strany. Politicky jej také ovlivnil několikaletý vztah s komunistkou Jean Tatlockovou. Později komunistickou stranu opustil.
- Jeho manželkou se nakonec stala bioložka Katherine (přezdívaná Kitty), se kterou strávil zbytek života. Měli spolu dvě děti.