Hôm sau, ngày 2 tháng 12 năm 1942, tất cả mọi người tập hợp để tiến hành thử nghiệm. Có 49 nhà khoa học hiện diện.[9] Mặc dù hầu hết Ủy ban Điều hành S-1 đều ở Chicago, nhưng chỉ có Crawford Greenewalt có mặt theo lời mời của Compton.[10] Các quan chức cấp cao khác cũng đến gồm có Szilard, Wigner và Spedding.[9] Fermi, Compton, Anderson và Zinn tập trung quanh các bộ điều khiển trên ban công, ban đầu được dự định như là một nơi để quan sát.[11] Samuel Allison đã sẵn sàng với một thùng cadimi nitrua đậm đặc để ném vào lò trong trường hợp khẩn cấp. Khởi động bắt đầu vào lúc 09:54. Walter Zinn tháo thanh năng lượng, thanh điều khiển khẩn cấp, và giữ chắc nó.[11][12] Norman Hilberry đứng sẵn với một cây rìu để chặn đường thoát có thể làm thanh năng lượng rơi dưới tác động của trọng lực.[12][13] Trong khi Leona Woods đọc to số đếm từ máy dò bo triflorua, thì George Weil, người duy nhất ở đó rút tất cả các thanh điều khiển chỉ chừa lại một cái. Đến 10:37 Fermi ra lệnh Weil tháo tất cả nhưng thanh điều khiểu cuối cùng chỉ rút 13 foot (4,0 m). Weil rút 6 inch (15 cm) mỗi lần, với các đo đạc được thực hiện ở mỗi bước.[11][12]

Quá trình bị ngừng lại đột ngột do thanh điều khiển tự động tự lắp vào, làm cho mức trượt của nó bị đặt quá thấp.[14] Lúc 11:25, Fermi ra lệnh lắp lại các thanh điều khiển. Sau đó ông thông báo rằng đã đến giờ ăn trưa.[11]

Cuộc thử nghiệm lại bắt đầu vào lúc 14:00.[11] Weil làm việc cùng thanh điều khiển cuối cùng trong khi đó Fermi theo dõi kỹ lưỡng sự hoạt động của neutron. Fermi thông báo rằng lò đã đạt tới hạn (đạt được một phản ứng tự ổn định) vào lúc 15:25. Fermi đã vặn nút chuyển thang đo của máy ghi để phù hợp với dòng điện đang tăng lên một cách nhanh chóng từ máy phát dò bo triflorua. Ông muốn kiểm tra các mạch điều khiển, nhưng sau 28 phút, chuông báo động reo lên thông báo với mọi người rằng sự phun neutron đã vượt ngưỡng an toàn đặt trước, và ông ra lệnh cho Zinn ngắt thanh năng lượng. Phản ứng nhanh chóng dừng lại.[15][12] Lò phản ứng đã hoạt động được khoảng 4.5 phút với công suất khoảng 0.5 watt.[16] Wigner khui chai rượu vang Chianti, và họ uống bằng ly giấy.[17]

Compton gọi điện thông báo cho Conant. Cuộc đối thoại được thực hiện bằng một ám hiệu không định trước:

Compton: Hoa tiêu người Ý đã đổ bộ lên Tân Thế giới.

Conant: Thế thổ dân như nào?
Compton: Rất thân thiện.[18]