1945年7月中旬的波茨坦会议前，杜鲁门总统示意戈罗夫斯，希望在会议开始的时候手上能握有原子弹这张王牌。在戈罗夫斯一再施压下，奥本海默终于同意把第一次试验的日期定在7月16日，星期一。
7月11日，奥本海默告别妻子凯蒂的时候告诉她，如果试验成功，他会给她发一个电报：“你可以换床单了。”凯蒂把花园里找到的一片象征幸运的四叶苜蓿送给丈夫。
由于一次小型试验失败，有些试验人员开始担忧这次试验结果可能是一个哑弹。许多人责难爆炸物理专家基斯田克斯基（George Kistiakowsky）。基斯田克斯基回忆道：“奥本海默那几天神经有点紧张。我告诉他没问题，还和他打一个赌。我用一个月的薪水赌他十块钱，赌注是爆炸一定成功。”
离爆炸还有两天的那个晚上，奥本海默睡了四个小时。一个睡在旁边地堡中的军官听见奥本海默不停地咳嗽了半夜。
星期天早上，精疲力竭的奥本海默如常起身。他在吃早餐的时候终于得到一个好消息。理论物理部主任贝舍打电话告诉他，前几天失败的那次小型试验原因查明，罪魁祸首是一个失效的感应器。贝舍强调，基斯田克斯基的设计没有任何问题。奥本海默精神为之一振。他马上转而担心天气问题。
气象专家哈巴德（Jack Hubbard）警告说，虽然现在试验地区晴朗，但是，风正在卷来雨云，天气要变。奥本海默立即给即将从加州赶来现场观察爆炸的戈罗夫斯打电话，告诉他，天气的变化可能影响试验进行。
试爆前夜，奥本海默留在总部大厅等候天明。他一支接着一支地抽雪茄，同时一杯接着一杯地喝黑咖啡。最后，他拿起一本波德莱尔（Charles Baudelaire，法国诗人）的诗集静静地阅读，伴随着他的是一阵阵暴雨击打着铁皮屋顶的声音。
一串闪电划破夜空。物理学家佛米（Enrico Fermi）忍不住了。他向奥本海默提议，将这次原子弹试爆改期。理由很清楚，如果按照原计划试爆，狂风会把沾染了放射尘的雨云带到别的地区，“那将是一场灾难”。
但是，气象学家哈巴德坚持，这场暴风雨马上就会过去，试爆只需要推迟一个小时，从早上四点推迟到早上五点，就够了。
戈罗夫斯把奥本海默拉到一边，一条条列出理由，强调试验如期进行的必要。他们两个人都清楚地知道，现场的专家已经精疲力竭。推迟试验的话，几乎可以肯定得在两三天以后再重新开始。
戈罗夫斯担心，如果哪一个科学家冲动起来，再来找奥本海默要求试验展期，奥本海默会被打动。他干脆带上奥本海默离开总部，一起来到试验区南端掩护所，商议试验时间的问题。这里距试爆的“三位一体”区仅仅六哩而已。
时间是凌晨两点三十分，时速三十哩的大风刮扫着整个试验场，雷雨声势不减。只有哈巴德和他的几个助手坚持认为，风雨肯定会在黎明时分停歇。
奥本海默和戈罗夫斯每隔几分钟就走出地堡，看看天色。两人不久终于做出决定，试验在五点三十分进行，其余一切听天由命。
一个小时以后，大雨渐停，风势转弱，天色晴朗起来。
五点十分，试验场地所有的喇叭传出中央控制室的声音：“距离试验还有二十分钟，倒数计时开始。”
年轻的物理学家费曼（Richard Feynman）受命在距离爆炸中心二十哩外观察。他怕看不清楚爆炸的情景，所以不打算使用实验室发给他的深色观察保护玻璃，爬上一辆卡车，隔着玻璃向埃拉莫伽多方向等候着。但是爆炸的第一缕光射来就把他吓得马上蹲下来。
他看到，第一波炫目的白光迅即变成黄色，然后是橘红色。“中心异常明亮的一个橘红色大球冉冉升起，慢慢涨大，边缘变成细细的黑色。这时候你才明白，这是一个无比巨大的火球。”
足足过了一分半钟，巨大的爆炸声拖着长长的雷鸣才传来。和费曼在一起的物理学家色贝（Bob Serber）说：“远在二十哩外，我的脸上仍然有烧灼感。”
在现场的哈佛大学校长康纳特说，一开始就是占据所有天空的白色闪光，“我以为一定是哪里出了问题，整个世界都烧起来了”。
奥本海默的弟弟、物理学家法兰克·奥本海默也是洛斯·阿拉莫斯实验室的一员，他回忆道：“爆炸的第一道光亮得足以穿透紧闭的眼帘，紧接着的就是升起来的巨大、明亮的紫色蘑菇云。”他说，温度高得远远超过了大家的估计，爆炸的巨响在遥远的群山之间滚来滚去，“最可怕的是天上悬着的那些耀眼的紫色云层和黑色的放射尘，好像随时会把地面上的人们吞噬”。
奥本海默面孔朝下躺在控制中心的地堡里。倒数计时还剩两分钟的时候，他喃喃地说：“上帝啊，这些事情搁在我心里难受……”
戈罗夫斯的副手法瑞尔将军就在奥本海默的身边，他回忆道：“倒数计时临近尾声的时候，奥本海默越来越紧张。最后几秒钟数完，接着是‘开始’……他两眼茫然直视，直到爆炸闪光和巨大声浪传来，他才一下子松弛下来。”
稍后，物理学家瑞比（Isidor Rabi）目睹奥本海默走下汽车，眼见这个大功告成的人心情骤然轻松后，不知不觉用异常的步态行走，他难受得浑身皮肤都刺痛起来了：“他就像High Noon（贾利·古柏主演的电影《日正当中》）里面那个好汉警长那样高视阔步。他竟然变成那样”
早上，戈罗夫斯将军指定的《纽约时报》记者劳伦斯（William L. Laurence）前来采访。奥本海默用贫乏的言语描述了自己对于爆炸成功的感受，“恐惧”、“不无沮丧”，停顿一会儿，他说：“许多孩子还没有成长就面对了死亡。”
无论奥本海默怎么想，现场的科学家们都是无比兴奋。劳伦斯描述道：“巨大的闪光以后，足足过了一百秒钟，传来了爆炸的巨响，那是一个新世界诞生的初始啼声！寂静、凝固的景象骤然有了生机。原来躲藏在地下好像沙漠植物似的那一小群人，忽然跳起舞来。”欢呼雀跃了一会儿，大家这才开始相互握手道贺。“大家相互拍肩膀，笑得像孩子一样”。
基斯田克斯基找到奥本海默，向他讨打赌的十块钱。爆炸成功了，他赢了。奥本海默掏出空空的皮夹，要他等一等。大家回到洛斯·阿拉莫斯以后，奥本海默特别举行了一个仪式，把一张签了名的十元纸币郑重颁赠给基斯田克斯基。
走出控制中心的时候，奥本海默和同事本布里基（Ken Bainbridge）握手。本布里基望着他的眼睛轻声说：“现在我们都是万人咒骂的狗娘养的了。”
回到基地，奥本海默分别和弟弟法兰克，以及法瑞尔将军干了一杯葡萄酒，然后通知机要秘书，给他的妻子凯蒂发一份电报：“告诉她，换床单吧。”
1945年8月6日，一架美军的B-29轰炸机在日本广岛扔下第一颗原子弹，杀死了七万人。三天后，另一颗原子弹落在日本长崎。8月15日，日本宣布无条件投降。
1947年，奥本海默担任普林斯顿大学Advanced Study研究院院长。身为国家原子能委员会总顾问委员会主席，他警告美国不要陷入针对苏联的武器发展竞争，并且反对进行威力更强大的氢弹试验。他的敌人乘机发难，控告他对美国不忠。1954年原子能委员会举行的一次听证会以后，奥本海默被宣布为政治不安全人物，成为当时反赤色恐怖运动最著名的牺牲者。与此同时，他的“原子弹之父”的声明也更加响亮。
奥本海默在1967年去世，时年六十二岁。
