Когда в Институте физических проблем были построены и заработали первые установки для получения жидкого кислорода и азота, начался новый этап работы, не менее трудный, чем прежний: теперь предстояло внедрять это оборудование в промышленность.
Еще в 1932 году в Москве постановлением правительства на базе аппаратного завода Всесоюзного треста автогенной промышленности «ВАТ» был создан Московский завод гелиевого машиностроения (МЗГМ), ставший базисным предприятием для освоения в СССР серийного производства кислородной, автогенной и криогенной техники.
20 апреля 1936 года П. Л. Капица пишет В. М. Молотову подробное письмо, в котором предлагает запатентовать свое изобретение за границей. Он аргументирует необходимость данного шага следующим образом: «Если Вы решите брать эти патенты и они будут получены, я хочу, чтобы все возможные доходы пошли нашей стране…»
В военные годы созданные в Институте физических проблем небольшие экспериментальные установки работали на полную мощность. Сжиженный азот использовался для замораживания взрывателей мин и неразорвавшихся бомб, а у авиационных частей, танковых заводов, военных госпиталей была острая потребность в жидком кислороде.
С началом войны П. Л. Капица вновь выступает как ярый противник фашизма и германской агрессии. В своем выступлении на антифашистском митинге 12 октября 1941 года, состоявшемся в Колонном зале Дома союзов, он резко заявил о своей позиции и едва ли не впервые в СССР предупредил о реальности использования огромной силы ядерной энергии при применении атомных бомб, о работах, ведущихся в этом направлении в нацистской Германии. На следующий день текст его выступления был опубликован в «Правде».
Предполагаемая роль П. Л. Капицы в атомных исследованиях первоначально расценивалась очень высоко, хотя он отнюдь не был специалистом в области ядерной физики. В одном из первых документов на эту тему, направленном наркомом внутренних дел Л. П. Берией И. В. Сталину в марте 1942 года, в списке тех, кто занимался в СССР вопросами расщепления атомного ядра и в связи с этим рассматривался как возможный научный руководитель этих работ, на первом месте значился П. Л. Капица. Заметим, что начало работ И. В. Курчатова над созданием атомной бомбы относится к 1943 году.
Капица-старший пребывал в Специальном комитете и Техническом совете по атомной бомбе весьма недолго. Взаимоотношения его с руководителем спецработ Л. П. Берией не складывались, и он даже жалуется на него Сталину. Правда, в P.P.S. к своему письму Сталину от 25 ноября 1945 года он пишет: «Мне хотелось бы, чтобы тов. Берия познакомился с этим письмом, ведь это не донос, а полезная критика. Я бы сам ему все это сказал, да увидеться с ним очень хлопотно». В том же письме и в следующем П. Л. Капица просит освободить его от участия в «Особом», как он его называет, комитете, и Сталин удовлетворяет его просьбу. В результате он оказался единственным крупным советским ученым-физиком, не вовлеченным в работы по атомному проекту.
«Вся эта история в последние годы многократно рассматривалась в историко-научной и популярной литературе, хотя все истинные мотивы и причины неучастия Капицы в спецработах до сих пор не получили всестороннего анализа. Кстати, сам Капица впоследствии выдвигал в письмах Г. М. Маленкову и Н. С. Хрущеву различные причины и объяснения. Все это, хотя и имеет большое смысловое значение, выходит за пределы темы настоящей публикации. Важнее другое. Следствием столкновения с Берией и демонстративного выхода из самых важных для государства и самых секретных работ, выхода, раздражавшего и Сталина, а затем Хрущева, стала полная опала и снятие со всех постов, включая пост директора в созданном для него же Институте физических проблем АН СССР», — замечает в своей статье историк С. С. Илизаров.
С августа 1946 года, после отставки со всех постов, начался период изоляции, почти ссылки, а иногда и демонстративной самоизоляции. Весь этот период почти безвыездно П. Л. Капица проживал под Москвой на даче на Николиной Горе. «Ссылка» продолжалась до 28 января 1955 года, когда уже произошел очередной перелом в советской истории, явивший миру новые невиданные перемены.
6 апреля 1943 года Капица-старший в письме В. М. Молотову предлагает создать специальную организацию, которая взяла бы на себя ответственность за внедрение разработанных им кислородных установок. Как результат, постановлением Государственного Комитета Обороны создается Главное управление по кислороду (Главкислород) при Совнаркоме СССР, П. Л. Капица назначается начальником этого управления.
В 1944 году по инициативе академика П. Л. Капицы в целях разработки и освоения серийного производства турбодетандеров для воздухоразделительных установок создается Всесоюзный научно-исследовательский институт гелиевой техники (ВНИИГТ).