После отъезда прежнего руководителя теоротдел УФТИ возглавил Александр Ильич. Он оставался на этом посту до 1988 года. В 1940 году АИ стал доктором наук. Вскоре в ХГУ Ахиезер возглавил кафедру теоретической физики.
Во время войны АИ год преподавал в Куйбышевском педагогическом институте, затем работал в УФТИ, эвакуированном в Алма-Ату. В то время Александр Ильич, как и большинство физиков страны, работал непосредственно «на войну», он был включен в ядерный проект. В 1944 году Померанчук добился того, что Ахиезера взяли в так называемую Лабораторию № 2 (Институт атомной энергии). По совместительству Александр Ильич сотрудничал и с Московским энергетическим институтом. То, чем занимались он, Померанчук и другие подчиненные Игоря Курчатова, и до сих пор не до конца открытая тема. Лишь некоторая часть проводившихся исследований публиковалась. По настойчивой просьбе Курчатова Ахиезер в 45-м вернулся в Харьков, где на базе УФТИ под руководством его директора Кирилла Синельникова организовывалась Лаборатория № 1, включенная в «Атомный проект» и подчинявшаяся, по сути, непосредственно Москве. До 1952 года Ахиезер совмещал работу в Харькове с работой в Институте атомной энергии. Игорь Курчатов высоко ценил ученого. Именно по его предложению Померанчук и Ахиезер в 1948 году издали книгу «Некоторые вопросы теории ядра» – уникальную для того времени и исключительно полезную для ученых монографию[3]. Студенты называли эту книжку «Ах и Помер». Все туда включить не удалось. Каждый раздел, каждая формула тщательно проверялась на предмет секретности в органах. Другая книга этих же авторов вообще была издана только в 2002 году, до этого на чтение рукописи ученым приходилось получать специальное разрешение. Это «Введение в теорию мультиплицирующих систем (реакторов)».
В Харьковском физико-техническим институте было организовано два теоретических отдела. ТЛ-1 возглавил Ахиезер (направление работ – квантовая электродинамика, физика плазмы, термоядерный синтез, физика ускорителей[4]), ТЛ-2 – Илья Лифшиц (статистическая физика и термодинамика, физика атомного ядра). С этого времени и начинается дружба-соперничество двух школ, которая обогащала научную жизнь города. Своих соратников Ахиезер находил, прежде всего, в университете. Здесь по его инициативе была организована кафедра теоретической ядерной физики, которую АИ возглавлял до 1975 года[5]. (Из этой кафедры и вырос физико-технический факультет ХГУ.) Ахиезер сам читал ряд фундаментальных физических курсов, брал аспирантов, устраивал молодых физиков на работу в УФТИ и лучших – к себе в отдел. Лектором АИ был, по воспоминаниям большинства студентов, прекрасным. Он исключительно прозрачно и доступно объяснял материал.