Вскоре после создания радиационной лаборатории Пол Кроуч, секретарь партийной ячейки в графстве Аламеда, штат Калифорния, был заменен более надежным Стивом Нельсоном. Нельсон (Стив Мезарош), эмигрант из Югославии и член партии с 1925 года, учился в ленинском институте в Москве, работал по заданию Коминтерна в Китае в 1933 году и воевал в интернациональной бригаде в Испании.
Однако, как Браудер и Голос, Нельсон придерживался концепции шпионских ячеек и был против реорганизации агентурной сети по советскому образцу. Он был убежден, что успех в атомном шпионаже может быть достигнут только за счет коллективных усилий членов группы.
Нельсон уговорил Джозефа Вайнберга, физика-исследователя и члена кружка в Беркли, передавать ему информацию «от заслуживающих доверия коммунистов, работающих над проектом». Он попытался вовлечь и доктора Роберта Оппенгеймера, ведущего ученого-атомщика в Беркли и будущего научного руководителя атомного завода в Лос-Аламосе.
В декабре 1942 года по указанию Нельсона профессор-коммунист Хаакон Шевалье вошел в контакт с Оппенгеймером и использовал стандартный довод о том, что Россия имеет моральное право воспользоваться американскими атомными секретами, так как они являются союзниками. Оппенгеймер не только отказался, но назвал все это открытой изменой, позже он сообщил об этом инциденте генералу Гроувсу. И агентства безопасности Соединенных Штатов вскоре были информированы о деятельности Нельсона и его коммунистических ячеек в Беркли.
Не встревоженный неудачей с Оппенгеймером и не подозревая, что находится под наблюдением, а один из его отчетов уже попал в руки ФБР, Нельсон продолжал свою работу. Между январем и мартом 1943 года он установил тесные связи с Вайнбергом и получил от него строго секретную информацию об атомном проекте, которую затем передал Иванову в Сан-Франциско. За его встречами с Вайнбергом, так же, как и за визитом в консульство, разумеется, уже наблюдали. Правительственный агент сидел поблизости, когда Григорий Хейфец, незадолго до отбытия в СССР, встретился в одном из ресторанов Сан-Франциско с Мартином Каменом, главным химиком радиационной лаборатории. Запись их разговора подтвердила, что Камен передал советскому служащему информацию о запасах урана в Чикаго и атомных исследованиях в других частях страны.
В апреле 1943 года Зарубин приехал в Сан-Франциско из Вашингтона, чтобы получить у Нельсона отчет о его работе. При встрече с Зарубиным Нельсон предложил компромисс: «Советские органы разведки должны в каждом городе или штате, где требуется создать разведывательную ячейку, найти заслуживающие доверия источники информации и напрямую связать их с коммунистами, которые поставят перед ними специальные задачи». Это была уступка русскому давлению против шпионских ячеек. Однако предложение Нельсона так никогда и не было претворено в жизнь.
В Чикаго, третьем городе, где во время войны проводились атомные исследования, обстановка несколько отличалась от той, что была в Нью-Йорке и Калифорнии. В Чикаго не было ни советского посольства, ни консульства, и шпионский аппарат надо было строить вокруг резидента. Таким резидентом был Артур Адамс, большевик с предреволюционным стажем и старый сотрудник советской разведки.
Адамс не раз приезжал в Соединенные Штаты с секретной миссией и всегда под прикрытием легальной коммерческой задачи. Например, в 1927 году он якобы представлял АМО, первый автомобильный завод, который строился в России. В 1932 году он приезжал для приобретения самолетов в компании «Кертис-Райт», в 1938 году он основал технологическую лабораторию, в 1942 году он выступал под видом торгового агента одного канадского бизнесмена (своего друга Сэмуэля Вегмана).
Теперь, в 1942–1944 годах, когда ему было за пятьдесят, он был слишком стар для шпионской работы. Он страдал от ревматизма и вынужден был целые дни проводить в постели в комнате отеля. Временами приступы болезни случались с ним прямо на улице. Такое физическое состояние делало его непригодным для столь секретной работы, которой он должен был заниматься. Кроме того, некоторые из его информаторов были хорошо известны как члены Коммунистической партии Соединенных Штатов. И тем не менее из-за отсутствия подходящих людей Адамсу было поручено заниматься атомным шпионажем. Он работал в этой области около четырех лет, за это время он добыл и передал в Россию секретные сведения об установке в Ок-Ридже и атомных исследованиях в других странах.
