经过1961、1962两年自力更生的实践和艰苦工作，我国核工业建设，有了很大进展，在调查研究、分析情况的基础上，二机部在1962年9月正式向中共中央写了报告，提出争取在1964年、最迟在1965年上半年爆炸我国第一颗原子弹的"两年规划"。由刘少奇主持中央政治局会议，讨论了这个报告。为了加强对原子弹研制的领导，中央组建了两弹最高领导机构，中央15人专门委员会，由周恩来任主任委员。上报了毛泽东，此报告毛泽东于1962年11月3日批示："很好，照办。要大力协同，做好这件工作。"毛泽东的这个批示成为动员全党、全军、全国人民，齐心协力，为实现1964年爆炸第一颗原子弹而努力的动员令，发挥了巨大的威力。
1962年11月17日，周恩来主持召开了中央专门委员会第一次会议，根据中共中央关于加强原子能事业的决定，正式成立在中共中央直接领导下的、以周恩来为主任，以贺龙、李富春、李先念、聂荣臻、薄一波、陆定一、罗瑞卿7位副总理和赵尔陆、张爱萍、王鹤寿、刘杰、孙志远，段君毅、高扬7位部长为成员组成的"中央15人专门委员会"。专委会的主要任务是加强对原子能工业建设和加速核武器研制、试验工作以及核科学技术工作的领导。专委会制定了一系列重大方针、原则和政策措施，有力地推动了"两弹一星"的研制进程。随后，国防科委与中科院组成两个协作组，导弹攻关协作组由钱学森、王诤、张劲夫、裴丽生、刘西尧组成；原子弹攻关协作组由刘杰、钱三强、张劲夫、裴丽生、刘西尧组成。
1965年3月2日，中央15人专门委员会改称为中央专门委员会，导弹和人造卫星的研制也被统一纳入中央专门委员会的领导范围之内。并增加委员人选，有余秋里（石油工业部部长）、王诤（电子工业部部长）、邱创成（兵器工业部部长）、方强（造船工业部部长）、王秉璋（导弹工业部部长）、袁宝华（物资管理部部长）、吕东（冶金工业部部长）。
"东方巨响"震惊了世界
我国的原子弹正式起步研制是1959年下半年，这个时期正是我国经济困难时期，这种困难集中反映在一个方面是粮食、副食品的严重短缺。核武器研究院的广大科技人员，同样也是度过了忍饥挨饿，身体浮肿的艰苦岁月。远在新疆罗布泊核试验基地，几十万大军在那里从事科研工作和基建工程，那里孤山冷月下的戈壁荒滩的客观条件本身就很艰苦。在3年国家经济最困难的时候，曾出现过断炊的现象。罗布泊本来植物就很稀少，可以吃的榆树叶子，沙枣树籽，甚至骆驼草，几乎都被拿来充饥了。
当时聂荣臻元帅在"征集"粮食说过这样一段话：我以革命的名义向大家募捐，请求你们立即搞一点粮食和副食支援我们的试验基地吧，我们的科技人员太苦了，他们能不能活下来，是关系到国家前途和命运的大事。今天生活富足的人们，可曾想到过，正是这些民族脊梁们在如此困难的条件下搞出的"两弹一星"，为我们筑起了"核藩篱"，才有我们后来的和平年代？
从50年代后期到60年代初期，在中央的统一领导下，充分依靠全国的支援，各部门、各地方、各部队大力协同，执行"自力更生，过技术关，质量第一，安全第一"的方针，经过一大批科技人员、指战员、干部和职工的共同努力，艰苦奋斗，攻克了一个又一个技术难关，保证了我国"两弹一星"事业取得历史性的突破。
1963年3月，核武器研究所拿出了第一颗原子弹的理论设计方案。实验科研人员进行了上千次爆轰试验，于1963年12月在西北核试验基地进行聚合爆轰出中子试验，获得了成功。西北浓缩铀厂在攻克了一个又一个技术难关后，于1964年1月成功生产出可以作为原子弹装料的合格高浓缩铀产品。至此，原子弹的研制工作已经提前完成关键性生产和技术试验。1964年4月，周恩来召集会议，批准首次核试验采取塔爆方式实施，并要求在9月10日前做好试验的一切准备工作。会后，中央政治局常委对具体试验时间进行了讨论，根据毛泽东的意见，中央常委会决定进行正式试验。10月14日，周恩来下达第一颗原子弹装置就位的命令。
1964年10月16日下午3时（北京时间），我国西北核武器研制基地上空闪过一道强烈亮光，惊天动地的巨响之后，巨大火球转为蘑菇云冲天而起。中国第一颗原子弹爆炸成功了！试验场区欢声如雷，全体参试人员热泪盈眶，激动万分。"东方巨响"震惊了世界。
两个小时后，周恩来陪同毛泽东等在人民大会堂接见大型音乐舞蹈史诗《东方红》的演职人员。他满面春风地宣布了这一喜讯，人们欢呼雀跃。周恩来挥动双手示意大家静一静，诙谐地说：大家可不要把地板震塌了呀！当晚，中央人民广播电台连续播送消息，《人民日报》为此刊发了号外。中国政府发表声明指出：中国政府一贯主张全面禁止和彻底销毁核武器。中国发展核武器，是为了防御。中国在任何时候、任何情况下，都不会首先使用核武器。从此，中国成为继美国、苏联、英国、法国之后第五个拥有核武器的国家，中国的国防现代化建设跨入了一个崭新的阶段。
在研制原子弹的同时，我国把下一步的目标瞄准导弹核武器，研制能够把原子弹打出去的武器--导弹。1960年9月10日，中国用国产燃料成功地发射了一枚苏式P-2导弹。11月15日，中国自己制造的第一枚近程导弹"东风1号"发射成功。1964年6-7月，中国连续成功发射了3枚中程运载火箭。8月，钱学森提出用中国自己的运载火箭把核弹头送上天的设想。钱学森的设想引起中共中央高度重视。9月，中央专委成立"两弹结合"方案论证组，并抓紧研制工作。1966年9月，"两弹结合"试验准备工作就绪。10月24日，毛泽东、周恩来批准了导弹核武器发射试验的实施方案。25日，聂荣臻受中央委托，飞到发射场主持试验。27日上午9点（北京时间），中国自行设计研制的第一枚地地导弹"东风2号"载着核弹头飞向千里之外的目标，"两弹"首次结合试验成功，标志着中国从此拥有了可以用于实战的导弹核武器。
为了进一步打破核大国的核威胁和核垄断，根据毛泽东"氢弹也要加快"的指示，中国科学家经过集中攻关，于1965年自主提出了制造氢弹的理论方案，接着按计划进行了三次热试验考核验证。1967年6月17日8时20分，我国第一颗氢弹空爆试验成功，实测当量330万吨，中国成为世界上第四个掌握氢弹技术的国家。创造了从第一颗原子弹到第一颗氢弹爆炸的新纪录。从第一颗原子弹到第一颗氢弹爆炸，苏联用了4年，美国用了7年零4个月，英国用了4年零7个月，法国用了8年零6个月，而中国只用了两年零8个月。
中国原子弹和导弹的试验成功，为研制人造卫星奠定了基础。1964年6月，中国自己研制的中程导弹发射成功，标志着中国已经具备了发射人造卫星的能力。1965年，中央专委会批准中国科学院《关于发展我国人造卫星工作规划方案建议》，计划在1970至1971年发射我国第一颗人造卫星。1968年2月，中国空间技术研究院成立，并陆续建成酒泉和西昌两个航天器发射场，以及配套的观测台、站，形成了比较完整配套的航天工程体系。1970年4月24日9时30分，被命名为"东方红1号"的中国第一颗人造地球卫星发射成功。这颗直径1米，重173公斤的卫星成功入轨，标志着我国成为继美、苏、法、日之后第五个可以独立发射人造卫星的国家。
"东方红1号"卫星成功发射以后，中国开始研制返回式卫星，1975年11月26日，中国第一颗返回式卫星在酒泉卫星发射中心按时起飞，11月29日，降落在预定地点，中国首次回收卫星成功。这标志着中国成为继苏联、美国之后第三个具备卫星回收能力的国家。
共和国不会忘记研制"两弹一星"的功臣
在为"两弹一星"事业进行的奋斗中，我国广大科研工作者发扬了热爱祖国、无私奉献，自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于登攀的"两弹一星"精神。
"两弹一星"的研制，汇集了我国一大批杰出的科学家和科研人员、工程技术与管理人员。党和政府的充分信任和大胆使用，使他们发挥了前所未有的积极性、主动性和创造性。他们在戈壁荒滩、深山峡谷建立基地，风餐露宿，披星戴月，艰苦创业。出于保密的需要，他们隐姓埋名，断绝与外界有碍工作的往来，克服难以想象的困难，默默无闻地为祖国的国防尖端科技事业作贡献，有的甚至献出了宝贵的生命。钱学森、邓稼先等一批曾身居海外的科学家，抛弃比较优越的科研条件和物质生活待遇，相继归国效力。广大科技人员、解放军指战员以及有关部门的职工、干部都为这一伟大事业付出了巨大而艰辛的努力。在这一过程中，中国科学家提出了"理论联系实验"、"技术民主"和"冷试验"的科研理论和方法，广泛运用系统工程、并行工程和矩阵式管理等现代管理理论与方法；设计、实验、工程部门之间紧密配合、创新攻关；领导干部身体力行、进行深入细致的思想政治工作。这些都为这项伟大事业的成功奠定了坚实的基础。历史将永远铭记他们为祖国立下的功勋。
1999年9月18日，在中华人民共和国成立50周年之际，中共中央、国务院、中央军委在北京隆重举行大会，表彰为研制"两弹一星"作出突出贡献的23位科技专家，并授予于敏、王大珩、王希季、朱光亚、孙家栋、任新民、吴自良、陈芳允、陈能宽、杨嘉墀、周光召、钱学森、屠守锷、黄纬禄、程开甲、彭桓武"两弹一星功勋奖章"，追授王淦昌、邓稼先、赵九章、姚桐斌、钱骥、钱三强、郭永怀"两弹一星功勋奖章"。
还有一些科学家在不同领域作出了贡献，有的还是很重要的贡献。例如物理学家朱洪元，科学院的数学家关肇直和冯康，红外物理专家汤定元、匡定波，光学专家唐九华，上海有机所的黄维垣，我国计算技术的创始人之一、计算所的王正，力学所的郑哲敏和闵桂荣，工程力学所的刘恢先，长沙矿冶所的周行建，高能所的陆祖荫，自动化所的陆元九、杨嘉墀、屠善澄，等等。共和国和人民也会永远记住他们。
以"两弹一星"为核心的国防尖端科技的辉煌成就，不仅是我国国防现代化的伟大成就，也是中国现代科学技术事业发展的重要标志。它带动了中国现代科学技术的发展，填补了许多学科空白，为我国实现技术发展的跨越积累了宝贵经验。邓小平后来曾说："如果六十年代以来中国没有原子弹、氢弹，没有发射卫星，中国就不能叫有重要影响的大国，就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力，也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。"