В декабре 1943 года Фукс в составе делегации «Тьюб эллойз» отправился в Америку к коллегам из проекта «Манхэттен». Перед отъездом он получил от Сони инструкции, как вступить в контакт с его американским оператором Раймондом. Хотя Фукс этого и не предполагал, но ГРУ вынуждено было передать его НКГБ. Раймонд (Гарри Голд), тридцатитрехлетний химик, родившийся в Швейцарии от русских родителей, был перевезен в США в возрасте трех лет и с 1936 года работал на НКВД в качестве промышленного шпиона и связного. Фукс вспоминает, что первая его встреча с Раймондом состоялась в начале 1944 года в Нью-Йорке в районе Ист сайд. Фуксу велели держать в руке теннисный мяч и искать человека в перчатках, несущего в руке еще одну пару. Позже на допросе в ФБР Голд вспомнил, что еще у него была книга в зеленой обложке. Фукс утверждал, что «отношение Раймонда во время встреч было „враждебным“ Сам Голд признавал, что он был поражен устрашающим потенциалом информации, которую передавал ему Фукс. Голду было настолько „страшно иметь дело с информацией об атомной бомбе, что оставалось только загнать ее подальше в сознание и стараться вообще обо всем этом не думать.“
В августе 1944 года Фукса направили в совершенно секретную атомную лабораторию в Лос-Аламос неподалеку от Сайта Фе, где работали уже двенадцать Нобелевских лауреатов и где собиралась атомная бомба. Английские ученые, имевшие доступ к различным частям разделенного на несколько секций проекта, могли лучше оценить атомные исследования, чем их американские коллеги. В сентябре 1945 года, месяц спустя после Хиросимы и Нагасаки, офицер безопасности из Лос-Аламос писал, что английские ученые «обладали более полными знаниями» о сборке бомбы, взрывчатого вещества, строения бомбы и о дальнейшем развитии оружия, включая создание водородной бомбы. Однако, по его мнению, они имели минимум информации «о чисто технической стороне дела.» Вся важная информация, добываемая Фуксом, передавалась в НКГБ. Однако не все, что передавал Фукс, помогало советским ученым. В некоторых ранних материалах Эдварда Теллера, похищенных Фуксом в 1944 году, были серьзные ошибки, которые могли ввести в замешательство советских ядерных физиков, когда те стали работать над водородной бомбой.
Фукс даже не подозревал, что он не единственный советский шпион в Лос-Аламосе. За несколько дней до него сюда прибыл Дэвид Грингласс, двадцатидвухлетний коммунист, рядовой армии США. Он был механиком и изготавливал и обслуживал оборудование для разработки атомной бомбы. «Я был молод глуп и неопытен, — говорил позже Грингласс, — но я был хорошим коммунистом.» В своих письмах жене — Рут — он описывал Сталина и советских руководителей, как «настоящих гениев», которые применяют силу «с болью в сердце». «Пусть крепнет Советский Союз, пусть процветает его народ!» Позже Грингласс заявил, что он боготворил старшего брата своей жены Джулиуса Розенберга, члена шпионской группы НКГБ в Нью-Йорке, и легко согласился поставлять Розенбергу секретную информацию из Лос-Аламоса. «Дорогая! Я был бы очень рад присоединиться к той общине, о которой мечтают Джулиус и его друзья (русские)», — писал он жене в ноябре 1944 года.
В январе 1945 года, будучи в отпуске в Нью-Йорке, Грингласс передал Розенбергу записки и зарисовки. Взамен Розенберг вручил ему часть коробочки из-под мармелада, сказав, что позже с ним встретится связной, у которого будет вторая половинка коробочки. Когда в июне Гарри Голд прибыл для встречи с Фуксом, он побывал и у Грингласса, получил от него записки и передал заклеенный конверт с 500 долларами. Анатолий Яковлев, оператор Голда из НКВД, работавший в советском консульстве в Нью-Йорке, был чрезвычайно доволен поставляемыми Гринглассом разведданными и назвал их «крайне качественными и очень ценными». В свой очередной приезд в Нью-Йорк в сентябре Грингласс передал Розенбергу очередную партию материалов и получил еще 200 долларов. Его информация была очень важна для НКГБ, во-первых, потому что подтверждала научные сведения Фукса, а во-вторых, потому что в ней сообщались некоторые технические детали — то есть то, о чем Фукс знал меньше.
К весне 1945 года у советской разведки появилось два новых агента в англо-канадской группе ученых-атомщиков, возглавляемой профессором Джоном Кокрофтом, директором отдела атомной энергии в Канадском национальном исследовательском центре в Монреале. Первым завербовали английского ученого Алана Наина Мея, тайного коммуниста, который одновременно с Дональдом Маклином был в кембриджском Тринити-холле, в 1942 году начал работать в проекте «Тьюб эллой», а вскоре после этого вошел в контакт с ГРУ. В отличие от Филби, Бланта и других ведущих советских агентов Мей не испытывал ни малейшего удовольствия от ощущения опасности и выявления секретов. «Вся эта история, — признавался он позже, — причиняла мне огромную боль, и я занимался этим лишь потому, что считал это своим посильным вкладом в безопасность человечества». Оценивая свою деятельность, он согласился с Маклином, разочаровавшемся в шпионаже, который говорил: «Это все равно, что быть привратником в туалете — воняет, но кто-то должен это делать.» Мей присоединился к монреальской исследовательской группе Кокрофта в январе 1943 года. По непонятным до сих пор причинам местному резиденту ГРУ понадобилось довольно много времени, чтобы понять значение Мея. Лишь в конце 1944 года лейтенант Павел Ангелов из резидентуры ГРУ в Оттаве стал его оператором. В первой половине 1945 года Ангелов дал Мею задание добыть образцы урана. Канадский агент Израиль Гальперин некоторое время до этого назвал это задание «совершенно невыполнимым». Мею, тем не менее, достать уран удалось. 9 августа 1945 года, через три дня после Хиросимы, Мей передал Ангелову доклад об атомных исследованиях, информацию о сброшенной на Хиросиму бомбе и два образца урана — обогащенный уран-235 в стеклянной пробирке и осадок урана-233 на платиновой фольге. Полковник Николай Заботин, легальный резидент ГРУ в Оттаве, счел это настолько важным, что отправил в Москву с образцами своего заместителя подполковника Мотинова. Ангелов подарил Мею бутылку виски и около 200 канадских долларов.
Вскоре Заботина наградили орденом Красного Знамени и орденом Красной Звезды. Мей входил в канадскую группу агентов ГРУ, в которой было по меньшей мере девятнадцать человек. Среди другой военной и научной разведывательной информации, собранной группой, была также информация о радарах, которую Канадская королевская комиссия охарактеризовала как «информация величайшей важности». Радар «был, пожалуй, наиболее важным, если не считать атомной бомбы, результатом совместной работы развитых англоязычных стран в области техники в течение рассматриваемого периода.» Группа поставляла также информацию о гидролокаторах, взрывчатых веществах, ракетном топливе и бесконтактных взрывателях. Разведывательная сеть Заботина имела источники как политической, так и научной и военной информации. Среди агентов особо выделялись Сэм Карр (урожденный Коган, сын украинских евреев), секретарь по организационным вопросам Коммунистической партии Канады с 1937 года, который вербовал и обрабатывал агентов для Заботина, и Фред Розе (урожденный Розенберг, родившийся в Польше в семье евреев из России), партийный активист из Квебека и член парламента Канады, который сообщал о секретных парламентских сессиях.