М. Г, Первухин, на которого ГКО возложил обязанность повседневно следить за ходом работ по использованию внутриатомной энергии и оказывать всестороннюю помощь, вспоминал, что одним из первых шагов зарождающейся советской атомной промышленности стала организация основной исследовательской лаборатории. Начали работать во временных помещениях. Вскоре было получено указание отдать физикам пустующее здание учебного или научного института. Выбрали недостроенное трехэтажное здание в Покровском-Стрешневе. До войны это здание предназначалось для Всесоюзного института экспериментальной медицины (ВИЭМ).

Характеризуя обстановку, в которой развертывались работы в Москве, И. Н. Головин в книге «И. В. Курчатов» впоследствии писал:

«На Курчатова Правительством возложена большая ответственность. Ему даны большие права. Называемых Курчатовым людей Государственный комитет обороны направляет к нему независимо от того, в армии ли они находятся или работают на военных заводах…

Работа начинается сразу. В Москве пустуют многие здания институтов, выехавших осенью 1941 г. в глубокий тыл. Президиум Академии наук разрешает разместить лаборатории в Пыжевском переулке в здании Сейсмологического института. Здесь был организован штаб будущего института. В нем собираются А. И. Алиханов, Ю. Я. Померанчук, Б. В. Курчатов, И. И. Гуревич, Г. Я. Щепкин. На Пыжевском обсуждаются главные задачи, проводятся и организованные, и стихийно возникающие семинары, где больше всех спорят Г. Н. Флёров, Я. Б. Зельдович, Ю. Я. Померанчук, Ю. Б. Харитон. В работу включается М. С. Козодаев. Вскоре В. П. Джелепов и Л. М. Неменов принимаются за проект нового циклотрона и размещают на заводах Москвы заказы на изготовление его узлов.

Но уже не хватает места. Курчатов занимает пустующие помещения в здании Института общей неорганической химии на Большой Калужской. Там Г. Н. Флёров и всегда веселый В. А. Давиденко проводят опыты по резонансному захвату нейтронов при замедлении, т. е. ведут измерения, которые должны уточнить, какая часть нейтронов, возникающих при делении урана, замедляется в однородной водородосодержащей среде до тепловых скоростей, чтобы вызвать новые, реакции деления.

На Калужской впервые у дверей лаборатории физиков, занятых атомным ядром, появляется вооруженная охрана…

Работы разворачивались по всем направлениям, каждое из которых может привести к успеху. Курчатов дублировал многие поиски. Наметили исследование цепной реакции на тепловых нейтронах с замедлением на тяжелой воде и параллельно на графите, разработку ряда методов разделения изотопов урана, получение цепной реакции на быстрых нейтронах. План был настолько велик, что для его подробной разработки не хватало сил. Необходимо было как можно скорее создавать новый институт и находить новые организационные формы работы.