En 1941, des opérateurs radio britanniques interceptèrent un nouveau type de signal allemand : du code télétypé binaire à haute vitesse, bien plus avancé que le trafic Enigma. La machine en cause — construite par la firme berlinoise C. Lorenz et surnommée « Tunny » par les Britanniques — servait au haut commandement allemand pour communiquer avec ses généraux de première ligne ; certains messages étaient signés par Hitler lui-même.

La cassure de Tunny commença par un coup de chance : deux messages interceptés quasi identiques d'environ 1 200 caractères permirent à John Tiltman de Bletchley Park de les déchiffrer, et le jeune cryptanalyste Bill Tutte en déduisit la structure à 12 roues de la machine. Alan Turing conçut ensuite la « Turingery », fondée sur une technique de différentiel au niveau du bit appelée delta-ing, qui permettait de retrouver les positions des goupilles des roues à partir du seul texte chiffré — 1,5 million de lettres déchiffrées en un an. Mais lorsque les opérateurs allemands cessèrent de transmettre les indices de réglage en clair, il fallut une méthode plus rapide.

Tutte développa une méthode statistique exigeant d'énormes volumes de comptage binaire — des mois par message à la main. L'ingénieur Tommy Flowers, détaché de la Post Office Research Station, proposa une machine entièrement électronique d'environ 2 000 tubes à vide. Les conseillers de Bletchley Park rejetèrent le projet, jugeant les tubes trop peu fiables à cette échelle. Flowers la construisit malgré tout dans son laboratoire londonien en dix mois, ayant découvert que des tubes laissés en permanence sous tension étaient plus fiables que des relais.

Colossus arriva à Bletchley Park en janvier 1944 et déchiffra son premier message le 5 février 1944. La machine lisait le texte chiffré photoélectriquement depuis des boucles de bande perforée et imprimait les résultats via une machine à écrire automatisée par relais. Colossus II, achevé quelques jours avant le Débarquement en juin 1944, fonctionnait avec 2 400 tubes à 25 000 caractères par seconde — une fréquence d'impulsions proche de celle du premier microprocesseur d'Intel, plus de 30 ans plus tard. Selon Flowers, la machine incarnait déjà les traits des ordinateurs modernes : impulsions d'horloge, registres à décalage, interruptions, boucles, compteurs et traitement parallèle.

À la fin de la guerre, dix Colossi tournaient jour et nuit dans deux bâtiments à l'épreuve des bombes à Bletchley Park — le premier centre de calcul électronique au monde, dirigé par Max Newman. Le renseignement issu de Tunny offrit aux Alliés une vue inégalée des stratégies allemandes ; s'il a raccourci la guerre ne serait-ce que de six mois, des millions de vies ont été sauvées. Après la guerre, toutes les machines sauf deux furent détruites sous le sceau du secret — il ne resta, selon l'opératrice Dorothy Du Boisson, que des trous dans le sol.

L'IEEE commémore désormais Colossus avec un IEEE Milestone et une cérémonie de dédicace le 29 septembre à Bletchley Park. La plaque, installée devant le Block H, honore les six Colossi qui y fonctionnèrent en 1944–45 et reconnaît Colossus comme la première application à grande échelle de l'électronique numérique au calcul.