Pusztító erejüket látva már a kifejlesztésük óta folyik a vita az atomfegyverekről. Hirosima és Nagaszaki gomba alakú atomfelhőinek árnyékában könnyű megfeledkezni a hosszú nukleáris béke nyújtotta előnyökről, azaz arról, hogy atomhatalmak között még soha nem tört ki háború. Mégis sokunk egy reális atomháború árnyékában volt gyerek, a Másnap (The Day After) című film nyomasztó képei elkerülhetetlenül beleégtek a memóriánkba. Az egyszerre többtucatnyi atomrobbanás mellékhatásaként fellépő nukleáris tél jellemzőit a nyolcvanas években egy Carl Sagan vezette tudócsoport, szándékosan karácsonyra időzített cikkében, tudatosan nagyította fel, így is fokozva a politikusokra nehezedő nyomást, nehogy valamelyikük meggondolatlanul megnyomja a piros gombot. Az atomfegyverek súlyát a kölcsönösen garantált megsemmisítésnek (mutually assured destruction – MAD) nevezett koncepció alapozta meg, amely értelmében egy nukleáris háborút csak elkezdeni lehet, megnyerni nem. Addig, azaz a szovjet atombomba megszületésével beállt egyensúlyig azonban még hosszú volt az út. 

Az 1945 augusztusában ledobott két amerikai atombomba célpontja már nemcsak az amúgy is majdnem térdre kényszerített Japán volt, hanem a Szovjetunió is. Sztálin már 1945 júliusában, az európai háború után megtartott potsdami konferencián értesült a szovjetek felé sok szempontból elnéző Roosevelt elnököt váltó Trumantól a pusztító erejű új amerikai fegyverekről. A paranoiás diktátor pontosan értette a szovjet övezetbe eső drezdai, majd az egy hónappal későbbi tokiói bombázások nyomán fellobbanó tűzviharok üzenetét, amelyekben tízezrek vesztették az életüket, és egész városnegyedek pusztultak el. 

A háború előtt megjelent nyilvános tudományos publikációkból látható volt, hogy a meghasadást katonai feladatokra is lehet alkalmazni, így Sztálin már a negyvenes évek elején egy fiatal tudós, Georgij Flerov tájékoztatása alapján elrendelte egy új, tömegpusztító, a háború menetére döntő befolyással lévő fegyver előállítását. A szovjet atomfegyverprogram felügyelője maga az NKVD rettegett vezetője, Lavrentyij Berija lett, míg a tudományos munka vezetőjének azt az Igor Kurcsatovot nevezték ki, aki a rendszer első olyan tudósa volt, aki magfizikával foglalkozott. A munka előbb fedőintézetek szárnyai alatt kezdődött, majd egy Moszkvától 40 kilométerre lévő titkos bázison folytatódott.

A fejlesztés lassan haladt, a háborúban óriási veszteségeket szenvedett Szovjetunió nehezen tudta az amerikai költségvetést is jelentősen megterhelő fejlesztés költségeit előteremteni. A Manhattan-program néven folytatott amerikai program azon túl, hogy a világ szinte összes magfizikusát, így a Hitler elől menekülő és vezető német, magyar és olasz tudósokat is foglalkoztatta, több pénzbe (2 milliárd dollárba) került, mint az akkoriban az amerikai fegyveres erők által finanszírozott bármelyik eszköz fejlesztése és gyártása. Nem meglepő módon kivéve az atomfegyver hordozójának szánt B–29-es nehézbombázó fejlesztési és gyártási költségeit.

A program vezetője, Kurcsatov állítólag úgy nyilatkozott, hogy ha kizárólag a Szovjetunió erőforrásaira kell támaszkodniuk, akkor legkorábban a hatvanas évekre készül el a szovjet atomfegyver. Bár a magfúzió beindításához elengedhetetlen ciklotront már 1937-ben, Európában elsőként üzembe helyezték Leningrádban, ez az ostrom alatt nem üzemelhetett, a moszkvai ciklotron pedig csak 1944-ben lépett működésbe. Az általa nyert tudás segítségével az első szovjet atomreaktort, vagy másképp atommáglyát 1946 karácsonyán üzemelték be, de az atomfegyver megépítése még mindig meglehetősen messze volt. Ezért a szovjet hírszerzés jelentős szerepet kapott a fejlesztésben. Már a Manhattan Projectben különböző szinteken számos szovjet kém is dolgozott, de a háború után tevékenységük felélénkült. A szovjet hírszerzés elsősorban „antifasiszta” tudósok szovjetbarát gesztusaira támaszkodott, de nem volt ritka, hogy kihasználták némelyek zsidó származását, illetve attól sem riadtak vissza, hogy régi, antikommunista orosz emigránsokat használjanak fel az információk megszerzésére. Állítólag Oppenheimer, Fermi vagy Szilárd Leó is tudott a szovjetek tevékenységéről, sőt, vannak olyan elképzelések, hogy a tudtukkal kerültek bizonyos adatok a szovjetek kezébe. Tényleges kémtevékenységet a neves tudósok közül feltehetőleg elsősorban Klaus Fuchs és Bruno Pontecorvo folytatott számos névtelen fejlesztő és ügyintéző közreműködésével, aki dokumentumokat másolt le és csempészett ki, hogy azután kiépített csatornákon Moszkvába juttassák őket.

A munka szó szerint megfeszített tempóban zajlott. A gyorsabb haladás érdekében számos berendezést szállítottak a Szovjetunióba a német területekről is, hiszen a nácik is rengeteg erőfeszítést tettek korábban az atomfegyver kifejlesztésére, és sok területen jóval előrébb jártak, mint a szovjetek. Időközben felépült a Kelet-Kazahsztánban, az Irtis partján Szemipalatyinszk mellett a fejlesztés központja is. A település rögtön zárt város lett, ahova azonnal áttelepítették Nikolaus Riehl atomtudóst is, aki a német urán-oxidot előállító részleg vezetője volt a náci Németországban. A szovjet atomprogramban dolgozó tudósok a külvilágtól tökéletesen elzárva, szinte börtönszerű körülmények között tevékenykedtek. Ha valakinek a munkájával nem volt megelégedve a program két irányítója, akkor menet közben kémkedés gyanújával egyszerűen kivégezték. 

A központ elkészülte után még további hónapok teltek el az első kísérleti nukleáris robbantásig, melyet a város mellett, a kazah sivatagban hajtottak végre. Noha Sztálin 1949. március 3-át jelölte ki az első kísérleti robbantásra, az első szovjet atombomba végül csak augusztus 29-én robbant fel Szemipalatyinszkban. Az RDSZ–1, avagy Első Villám fedőnevű eszköz tulajdonképpen a Nagaszakira ledobott Fat Man bomba másolata volt. Ez az úgynevezett implóziós eszköz a láncreakció beindításához szükséges kritikus tömeget úgy érte el, hogy hagyományos robbanóanyag felrobbantásával összetömörítette a gömb alakú kamrát, így indítva el a nukleáris robbanást. Az RDSZ–1 is hasonló pusztító erővel rendelkezett, mint a Nagaszakira ledobott bomba: 22 kilotonnás, azaz 22 ezer tonna TNT felrobbanásának megfelelő erővel rendelkezett.

Az Egyesült Államok azonban nagyon hamar rájött, hogy az amerikai atommonopólium véget ért. Egy WB–29 időjárási megfigyelő és kémrepülőgép ugyanis levegőmintákat szolgáltatott a szovjet légtérből, Japánból Alaszkába repülve. A minták elemzése során kiderült, hogy a Szovjetunió nukleáris robbantást hajtott végre. Ez meglepte a nyugatiakat, ugyanis az amerikai hírszerzés 1953-ra, míg a brit 1954-re várta a szovjet atombombát. Noha Sztálin arra adott utasítást, hogy évi tíz darab atombombát állítsanak elő, mindössze kettő vagy három további kísérleti példány készült az RDSZ–1-ből. Jól mutatja az eszközök kísérleti voltát, hogy nemcsak ezek, hanem utódjuk, az RSZ–2 sem került rendszeresítésre. Az első rendszeresített atombomba az 1951-ben letesztelt és 1953-ban a Távolsági Bombázóerőkhöz rendelt RDSZ–3 volt.

Szeptember 23-án Truman elnök bejelentette, hogy bizonyítékuk van arról, hogy a Szovjetunióban nukleáris robbanás történt az elmúlt hetekben. Erre reagálva szeptember 25-én jelentette be a TASZSZ hírügynökség szűkszavú közleményében, hogy a Szovjetunió is rendelkezik nukleáris fegyverrel. Közel fél évnek kellett még eltelnie, hogy 1950. március 8-án Vorosilov marsall hivatalosan is bejelentse, miszerint már a sztálini rezsim is rendelkezik atombombával.

A szovjet bejelentés után különböző jelek alapján gyanús lett a Manhattan-projektben dolgozó Rosenberg házaspár, akiket gyors nyomozás után letartóztattak, és majdnem pontosan Vorosilov bejelentését követően egy évvel, az 1951. március 6-án indult perben halálra is ítéltek. Kivégzésükre 1953 nyarán került sor annak ellenére, hogy csak közvetett bizonyítékok voltak ellenük. Ráadásul az azóta eltelt időben kiderült, ők csak az adatok átadásának szervezői voltak, de ez és Sztálin antiszemita perei, illetve a valamikori XIII. kerületi Rosenberg házaspár utca már egy másik történet.