在没有公开讨论，也没有向日本人和平展示其威力的情况下，核弹就在日本领土上爆炸了。”
威尔逊的妻子简也听说了广岛原子弹爆炸的消息，当时她正在旧金山。她匆匆赶回洛斯阿拉莫斯，据她说，当她微笑着向丈夫表示祝贺时，却发现他“非常沮丧”。三天后，另一枚炸弹摧毁了长崎。简·威尔逊回忆说：“人们转来转去，敲打垃圾桶盖什么的以示庆祝，可是他不愿和他们在一起，他既生气又难过。”罗伯特·威尔逊回忆道：“我记得我就像生病了一样……难受得要吐了。”
并不只有威尔逊如此。洛斯阿拉莫斯的冶金学家西里尔·史密斯的妻子艾丽斯·金博尔·史密斯写道：“大家的厌恶情绪与日俱增，随之而来的是每个人都强烈地感受到现实的丑恶，甚至连那些笃信轰炸可以彻底消除战争的人也是如此。”在广岛原子弹爆炸后，大多数台地上人都至少感到过片刻的激动，这也可以理解。但夏洛特·瑟伯尔发现，长崎的消息传来后，一种显而易见的阴郁气氛笼罩了整个实验室。那里很快就开始流行一种说法：“奥比说原子弹这种武器太可怕了，所以不会再有战争。”8月9日，一名联邦调查局的线人报告说，奥本海默“精神崩溃了”。
1945年8月8日，苏联对日宣战，这是斯大林在雅尔塔会议上向罗斯福做出的承诺，他也在波茨坦与杜鲁门确认过此事。对天皇的鹰派顾问来说，这是一个毁灭性的打击，他们原以为可以诱使苏联帮助日本获得更宽松的投降条件，而不是接受美国提出的“无条件投降”。两天后，也就是钚弹摧毁长崎第二天，日本政府请求投降，但有一个条件：必须保证日本天皇现有的地位。第二天，盟军同意修改无条件投降的条件：天皇的统治权将“受制于盟军最高统帅”。8月14日，东京电台宣布日本政府接受了这一条款，并随即宣布投降。战争结束了，但是没过几周，记者和历史学家们就开始争论，如果没有原子弹，战争是否会以类似的条件在差不多同一时间结束。
轰炸长崎后的那个周末，欧内斯特·劳伦斯来到了洛斯阿拉莫斯。他发现奥本海默疲惫不堪，闷闷不乐，他对发生的一切感到惴惴不安。这两位老朋友为核弹的事情吵了起来。劳伦斯提醒奥本海默，当初是他主张对原子弹进行演示的，奥本海默却执意反对。奥本海默反唇相讥道，劳伦斯只关心那些有钱有势的人。劳伦斯试图安慰他的老朋友说，正是因为核弹太可怕了，所以永远不会再有人使用它。
奥本海默并没有感到安心，那个周末他花了很多时间起草了一份文件，这份文件是科学顾问小组给战争部长史汀生的最终报告。他的结论比较悲观：“……我们坚持认为，没有足以有效防止使用核武器的军事对策。”未来这些已经具有巨大破坏力的武器只会变得更强大、更致命。在美国胜利仅仅三天后，奥本海默就告诉史汀生和总统，美国对这些新型武器没有任何防御能力：“我们制订的任何计划都无法确保未来几十年本国在原子武器领域的霸主地位；就算可以确保这种霸主地位，我们也不能保证它会让我们免遭那种恐怖至极的破坏……我们认为，与毁伤敌国的能力相反，本国的安全不能完全甚至也不能主要依赖科学或技术实力。它只能建立在减小未来战争可能性的基础上。”
当周，他亲自将这封信带到了华盛顿，在那里他会见了万尼瓦尔·布什和史汀生在陆军部的助手乔治·哈里森。他在8月底把情况报告给了劳伦斯：“当时时机还不成熟，一切还言之过早。”他曾试图让别人明白科学家们觉得继续研究原子弹毫无意义。他还暗示“就像一战后对待毒气一样”，应立法禁止使用核弹。但他在华盛顿见到的那些人没有给他任何支持，他说：“这些谈话给我留下了一个相当清晰的印象，那就是波茨坦会议的结果相当糟糕，在让苏联人参与合作或管制方面，可以说进展甚微或者毫无进展。”
事实上，奥本海默怀疑在这方面是否有人真的做出了努力。在离开华盛顿前，他失望地发现总统已经下令禁止进一步披露任何有关原子弹的信息，在读完奥本海默给杜鲁门的信后，国务卿伯恩斯传话说，在目前的国际形势下，“除了全力推进曼哈顿计划，别无选择”。奥本海默回到新墨西哥州的时候比他离开时还要沮丧。
几天后，奥本海默和姬蒂单独去了他们那座离洛斯皮诺斯不远的小木屋——佩罗卡连特，他们在那里待了一周，想好好梳理一下这无比紧张的两年对他们究竟意味着什么。这是三年来他们两人第一次真正有机会独处。奥本海默利用这个机会回复了一些老朋友的来信，他们中的许多人最近才从报纸上了解到奥本海默在战争期间的所作所为。他给自己以前的老师赫伯特·史密斯写信说：“你知道，这项事业也会让人心存疑虑；现在我们的内心就非常沉重，纵然未来蕴含着诸多希望，但离绝望也只有一步之遥。”同样，在给哈佛大学室友弗雷德里克·伯恩海姆的信中，他也写道：“我们现在待在牧场，努力想让头脑保持清醒，但是我们对此并不乐观……未来似乎会有一些非常令人头痛的问题。”
8月7日，哈康·希瓦利埃给他写了一封贺信：
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