Został on powołany do nadzorowania wywiadu atomowego w NKGB i także w GRU.

W 1943 roku Paweł Sudopłatow został także mianowany Szefem II Urzędu Specjalnego, obejmując obie funkcje równocześnie.

Dzięki agentom, m.in. naukowcom pracującym nad bombą atomową, Robertowi Oppenheimerowi, Enrico Fermiemu, Leó Szilárdowi, Klausowi Fuchsowi i wielu innym agentom-informatorom prowadzonym przez „grupę Sudopłatowa” (Oddział „S”), zbudowano radziecką bombę atomową w o wiele szybszym czasie, nawet o 10 lat.

Paweł Sudopłatow w swym pamiętniku o sprawie współpracy z amerykańskimi i brytyjskimi naukowcami zanotował:

Najważniejsze dane, które umożliwiły produkcję pierwszej radzieckiej bomby atomowej, nadeszły od naukowców pracujących w Los Alamos w stanie Nowy Meksyk nad amerykańską bombą atomową – Oppenheimera, Enrico Fermiego i Leo Szilarda. Oppenheimer, Fermi, Szilard i sekretarka Szilarda są wymieniani w teczkach NKWD z lat 1942–1945 jako źródła informacji o pierwszej amerykańskiej bombie atomowej.