战争爆发后，作为敌对国公民的富克斯不但没有获准加入英国国籍，而且多次受到有关部门的审查，甚至纳粹分子也写信给英国当局，揭发富克斯是共产党员。所幸富克斯的表现一直很好，也没有被查到他与共产党人联系的确切证据，所以在1940年5月，他仅作为敌对国的侨民被押送到加拿大的魁北克。很幸运的是，装着富克斯档案的货船被德国鱼雷击沉，在他周围已经没有人知道他的底细。1940年底，他在恩师的帮助下，又回到爱丁堡大学工作。

1941年春天，伯明翰大学的教授鲁道夫·皮埃尔斯博士邀请富克斯加入“某种特殊性质的工作”。通过审查后，富克斯在《官员保密法》上签了字，开始进行原子能工作的研究。为了协调各大学科学家的工作，英国政府专门成立了一个“合金管”公司。在领导公司董事会的枢密院院长、丘吉尔战时内阁阁员约翰·安德森爵士的大力推荐下，1942年8月7日，富克斯终于向英王宣誓效忠，加入了英国国籍。

没人能想到，早在1941年底，富克斯的共产主义信仰就促使他暗中给苏联提供情报了。富克斯认为西方同盟国在蓄意让俄国同德国决一死战，对纳粹的仇恨使他义无反顾地提供他所掌握的一切情报。他通过苏联大使馆的接头人亚历山大等人，向苏联提供了制造原子弹的主要元素为铀，以及利用同位素气体扩散法原理所得的数据等重要情报。

1943年11月，富克斯再次蒙混过美国方面的审查，在华盛顿同美国政府签订了保密保证书，正式成为曼哈顿工程中的重要成员。富克斯主要负责一座大型气体扩散工厂的设计工作，这使他能更多地接触到原子弹的核心机密。很快，他就把这个消息告诉给苏联情报机构在美国的联系人雷蒙德。

雷蒙德的真名叫哈里·戈尔德，是一位生化学家，也是名经验老道的科技间谍。1944年6月，富克斯给戈尔德带来了有关制造铀原子弹的实际设计图。同年7月，他又给戈尔德带来了许多自己写的原稿，其中有份关于橡树岭制造厂及其设备的详细报告，还写到了用来进行核物理运算的计算机的情况。后来富克斯又向苏联提供了钚弹的设计和制造方法，这些情报至少使苏联成功制造原子弹的时间提前了两年。

1945年7月16日，美国研制原子弹已经到了最后的时刻，新墨西哥州北部圣菲附近的洛斯阿拉莫斯被选为试验原子弹的地点。荒无人烟的大漠上耸立着一座钢塔，原子弹就在钢塔上。试验开始，霎那间天地如电闪雷鸣、飓风怒吼，巨大的蘑菇云腾空而起··试验成功了！