Entre 1944 y 1946 colaboró en la elaboración de un informe para el ejército sobre las posibilidades que ofrecía el desarrollo de las primeras computadoras electrónicas; de su contribución a dicho desarrollo destaca la concepción de una memoria que actuase secuencialmente y no sólo registrara los datos numéricos de un problema sino que además almacenase un programa con las instrucciones para la resolución del mismo.
Von Neumann empezó a interesarse por la computación para ayudarse en su trabajo, en aquellos años había numerosas computadoras en construcción, como por ejemplo la Mark I (Howard Aiken) o Complex Computer(George Stibiz), pero con la que von Neumann se involucró fue elENIAC (junto con John Presper Eckert y John W. Mauchly). Una vez finalizada la construcción del ENIAC y viendo sus limitaciones, decidieron definir todo un nuevo sistema lógico de computación basado en las ideas de Turing y se enfrascaron en el diseño y la construcción de una computadora más poderosa el EDVAC(Electronic Discrete Variable Arithmetic Computer). Pero hubo problemas legales con la titularidad de lo que hoy conocemos como Arquitectura de von Neumann. Esto produjo que el diseño se hiciera público, al final Eckert y Mauchly siguieron su camino y von Neumann regresó a Princeton con la idea de construir su propia computadora.
Se interesó también por la robótica y en 1952 propuso dos modelos de máquinas autorreproductoras, uno de ellos con una modalidad de reproducción parecida a la de los cristales, mientras que el otro era más próximo a la forma en que se reproducen los animales. En 1955, tras solicitar la excedencia de Princeton, fue nombrado miembro de la Comisión de Energía Atómica del gobierno estadounidense; ese mismo año un cáncer en estado muy avanzado lo apartó de toda actividad hasta su muerte.
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