Ia bekerja sama dengan fisikawan terkenal lainnya, seperti Richard Feynman, untuk menghitung efisiensi bom nuklir. Pengetahuan Bethe dalam fisika nuklir, teori elektromagnetik, dan gelombang kejut sangat dibutuhkan. Hasil karyanya menjadi dasar teknis dari bom uranium dan plutonium yang kelak mengubah sejarah dunia.
Namun setelah perang usai, hati nurani Bethe mulai berbicara. Ia merasa bersalah atas kehancuran yang ditimbulkan oleh bom tersebut. Bethe pun berubah haluan menjadi salah satu ilmuwan yang aktif menyerukan perlucutan senjata nuklir dan perdamaian dunia.
Meski demikian, pada awal 1950-an, ia masih ikut serta dalam pengembangan bom hidrogen. Namun keikutsertaannya ini lebih bersifat ilmiah daripada politis, karena ia ingin memastikan bahwa teknologi tersebut dipahami dengan benar dan tidak digunakan secara sembrono.
Bethe kemudian lebih banyak berkonsentrasi pada penelitian damai, terutama mengenai bagaimana bintang menghasilkan energi. Risetnya ini sangat penting dalam memahami alam semesta dan membawanya meraih Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1967.