1939年9月26日，德国军备规划局在柏林组建了由著名物理学家维尔那·海森贝格、奥托·哈恩为首的核研究机构——铀协会，这标志着德国正式将“铀规划”纳入了军事科研轨道。1940年5月，德国征服挪威和比利时，由此控制了欧洲惟一以工业规模生产重水的挪威维蒙克工厂，并获得了比利时矿业联盟公司库存的1200吨精选铀矿，这个数量几乎占当时世界铀矿总数的一半。1940年12月，德国建成了它的第一个研究性原子反应堆，并掌握了金属铀的提炼技术。
为了阻止德国的研究计划，英国决定实施破坏行动。他们决定首先摧毁维蒙克工厂的重水储备设施，从而断绝德国生产核武器的重要原料。为此，他们制定出一个代号为“新手”的作战计划，空投伞兵并炸毁维蒙克工厂。但由于天气和使用滑翔机经验的不足，致使行动失败，40多名伞兵全部牺牲。
1943年2月26日，英国又实施了新的代号为“炮手”的计划。6名特工被秘密空投到维蒙克工厂附近的地区，他们潜入守卫森严的工厂，将炸药安放在工厂的要害部门——重水浓缩车间，然后迅速撤离。德军生产重水的主要设备和一吨左右的重水被摧毁了。不料，仅仅八个月后，德国就恢复了重水的生产。但这次行动的成功还是为盟军的最后胜利赢得了宝贵的时间。
随着更多国家的介入和更多战场的开辟，形势对德国越来越不利，德国加速了对原子弹的研制工作。1943年，盟军总司令艾森豪威尔命令美国驻欧洲的空军轰炸维蒙克工厂，这次轰炸给维蒙克工厂以致命的打击，使其几乎完全丧失了生产能力。面对这种局面，德国也迅速作出决定，把秘密储藏的重水和生产设备运回德国继续工作。盟军获悉了这一消息后，马上作出反应。他们很快就搞到了重水和设备运输所行的路线，并派出特工在运输轮船所经过的深水区放好了定时炸弹。当德国的运输轮载着那些“宝贝”经过时，炸弹准时爆炸了，重水和设备全部葬身海底。盟军在经历了千难万险后，终于彻底摧毁了德国的原子弹制造计划。