Во время второй мировой войны перед СССР встала новая проблема: создание атомной промышленности. Сталину было известно о развёртывании крупномасштабных операций по созданию атомной бомбы в Германии, Англии, Франции и США, поэтому он принял решение немедленно учредить совещательный научный орган для организации и координации работ по созданию атомного оружия. Атомный проект стали называть «Программой номер один».

30 июля 1940 г. Президиум Академии наук СССР утвердил «Урановую комиссию» во главе с выдающимся радиохимиком академиком В. Г. Хлопиным, цель которой было создание и освоение комплексной программы работ по урану. В марте 1942 г. по указанию И. В. Сталина в СССР начали разворачиваться работы по созданию атомной бомбы. 15 февраля 1943 г. Государственным Комитетом обороны принято решение о создании единого научного центра, ответственного за создание атомного оружия в Советском Союзе. Центр получил название — «Лаборатория № 2 Академии Наук СССР».

В августе 1945 г., после атомной бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки, осуществленной США, Государственный Комитет обороны СССР образовал специальный комитет, на который возлагалось выполнение Уранового проекта. Его председателем был назначен Л. П. Берия.

Затем начинаются долгие поиски кандидатуры на пост научного руководителя Программы. Отечественная наука располагала плеядой выдающихся исследователей, способных решить самые сложные научные проблемы. Выбор советских руководителей пал на Игоря Васильевича Курчатова.

С мая по октябрь 1945 г. проводились работы на Южном Урале по поиску стройплощадки для строительства первого атомного реактора. Место под неё должно было быть не просто оптимальным с точки зрения производственной технологии, но и отвечать требованиям внешней секретности. Поисковые работы велись на обширной территории в восточных предгорьях Урала, около цепочки озёр Увильды на юге и Иткуль на севере. Остановились на районе между городами Касли и Кыштым: на большом мысе южного берега озера Иртяш, у старой демидовской дороги, проходившей по восточному и южному берегам озера. Раньше на этом месте находились пионерские лагеря и подсобные хозяйства.

9 ноября 1945 г. группа строителей во главе с Д. К. Семичастным, начальником строительного района № 1 Челябметаллургстроя, выехала на место будущей стройки. Этот день, 9 ноября 1945 года, и принято считать датой основания Озёрска. 10 ноября Я. Д. Раппопорт, директор Челябметаллургстроя, подписал приказ № 26 «Об организации строительного района № 11». 24 ноября 1945 г. был разработан план и начато строительство будущего комбината и города Озёрска. Так начала выполняться урановая часть Атомного проекта, или Программа № 1, как называли его в несекретной переписке. Первые строители «района № 11», первые работники завода № 817 положили начало истории ПО «Маяк» и города Озёрска. Генеральный план строительства предприятия по переработке оружейного плутония, принятый в апреле 1946 г., предусматривал сооружение жилого посёлка на 5 тыс. человек.

Для первых строителей были арендованы постройки местного подсобного хозяйства. Организация снабжения промышленными и продовольственными товарами, питание людей на огромной стройке оказалось далеко не простым делом. С самого начала остро давал о себе знать недостаток хлеба, за которым приходилось идти пешком почти 10 километров. Строители работали в очень тяжёлых условиях.

Во всей округе тогда не было ни одной дороги, не говоря уже о железной. Постепенно стали появляться лежнёвки для грузовых автомобилей, затем железные и бетонированные автодороги.

Первоначально существовало два посёлка. Один из них строился на месте нынешнего города, а второй — на расстоянии 15—18 километров от него — там, где и сейчас расположен посёлок № 2 (Татыш). Строить в первые два года было не из чего, но, несмотря на это, была проделана огромная работа.

Проектом предусматривалась застройка одно-двухэтажными домами, оснащёнными централизованной системой коммуникаций жизнеобеспечения, школа на 200 учащихся, клуб, магазин, баня. В километре от посёлка — железнодорожный вокзал.

В связи со всё возрастающим объёмом строительства промышленных объектов, временами численный состав строителей достигал 50 тыс. человек, что в десятки раз превышало первоначальную цифру. Поэтому пришлось заложить ряд новых улиц. Жилья катастрофически не хватало. Застройка посёлка велась брусчатыми и щитовыми домами, одноэтажными коттеджами и двухэтажными каменными домами.

В 1948 г. принято решение о составлении Генерального плана соцгорода, который был разработан Ленинградским проектным институтом (ГСПИ-11), и утверждён в 1949 г. Город стал застраиваться двух-четырёхэтажными зданиями в неоклассическом стиле. Проспект Берии (нынешний проспект Победы) построили в рекордно короткие сроки. В 1948—1950 годах застраивался парк культуры и отдыха. В 1950—1952 годах появились объекты здравоохранения в больничном городке. Так начинался Озёрск.