20世纪50年代初，刚刚从战争的废墟中站起来的中国人民渴望和平地建设自己的家园，但极其严峻的形势也摆到了年轻的共和国面前：一方面，人民政府接收的是一个旧中国遗留下来的烂摊子，科技与经济十分落后，百废待兴；另一方面，帝国主义不甘心其侵略政策在中国的彻底失败，除了在经济技术上对新中国进行全面封锁外，还在军事上严重地威胁着我国的安全。1950年6月，美国发动了侵略朝鲜的战争，并且不顾中国政府的严重警告，把战火烧到鸭绿江边。6月27日，美国又悍然宣布派第七舰队侵入台湾海峡，武装侵略中国领土台湾。美国依仗手中的核武器，横行霸道。有的好战分子甚至叫嚣要对中国发动核战争，进行核恐吓。
在手持核武器的帝国主义面前，中国人民深深懂得，要反对核战争，粉碎核讹诈，保卫祖国安全，维护世界和平，中国就一定要有强大的国防，一定要有自己的核武器。但是，旧中国在原子能方面只有为数不多的科学家在专门研究机构中从事研究工作。中国的核武器研制工作的起步异常艰难。
1946年，由于物理学家严济慈、钱三强的推荐，在法国国立科学研究中心的资助下，在上海中法大学镭学研究所工作的放射化学家杨承宗，进入了著名的法国巴黎大学镭学研究所，师从约里奥·居里夫人深造放射化学。解放初期，周恩来号召国外留学生回国参加祖国建设。杨承宗正好完成学业，两次拍电报给先期回国的物理学家钱三强，要求回国，报效生他养他的祖国，实现自己崇高的理想。临行前，约里奥·居里先生对他说：“你回去告诉毛泽东，你们要反对原子弹，就必须有自己的原子弹。原子弹也并不是那么可怕，原子弹的基本原理也不是美国人发明的。”约里奥·居里的话语不多，但充满了鼓舞的力量。他相信自己的学生，也相信中国可以而且一定会制造出原子弹。约里奥·居里夫人还将亲手制作的10克含微量镭盐的标准源送给杨承宗，在核研究方面给予中国具体的帮助。
1955年初，中国发展原子能事业的决策工作开始了。
周恩来约见钱三强、李四光和刘杰等人，详细询问了中国核科学的研究人员和设备、资源等情况，还向他们了解发展核能技术所需要的条件等。中共中央政治局经过讨论，通过了原子能发展计划，代号为“02”。
1949年11月1日，南京中央研究院与北平研究院合并，成立了中国科学院，中国政府邀请海内外华人科学家帮助创建现代化的科研机构。科学院以外的一些学术团体，如中国物理学会，也积极参加研究工作。该学会约有570名成员，其中包括10名积极从事核科技研究的科学家，他们是钱三强、王淦昌、彭桓武、何泽慧、赵忠尧、邓稼先、朱洪元、杨澄中、杨承宗、戴传曾。在以后的几年里，一些在国外学习、工作的科学家，如张文裕、汪德昭、王承书、李整武、澍家麟等也陆续回到祖国，还有原来分散在各高校工作的朱光亚、胡济民、虞福春、卢鹤绂、吴征铠、周光召等都被组织起来了。
1950年上半年，中国科学院重新组建其下属的各研究所。新成立了一些研究机构，近代物理研究所就是其中之一。吴有训、钱三强分别担任该研究所的所长和副所长。6月，这些学术带头人决定重点开展原子核研究。中国政府也要求外交部有选择地邀请一些外国专家访问中国，帮助中国进行建设，其中包括科学技术现代化建设。在以后的几年里。核物理研究继续被列为国家的研究重点，并支持近代物理研究所从事这一领域的研究工作。同时，加速培养这方面的专门人才，逐步形成一支比较强大的骨干队伍。
同年，经周恩来同苏联驻华大使尤金多次谈判，苏联政府正式通知中国政府，在和平利用原子能方面提供一座7000千瓦的重水型实验反应堆和直径为12米的回旋加速器，并接受科学技术人员去苏联实习。
1956年4月，周恩来对当时担任中央军委总干部部第一副部长的宋任穷说：“要从军队里调一个中央委员出来加强地质战线”。宋任穷思考了两天，毛遂自荐，对周恩来说：“就把我调出来吧。”周恩来在1956年7月向中央作的《关于原子能建设问题》的报告中，提出成立“原子能事业部”的建议。毛泽东同意周恩来的意见。1956年11月，国务院正式提交一届人大常委会议通过，决定成立第三机械工业部（1958年2月改为第二机械工业部），任命宋任穷为部长，副部长是刘杰、刘伟、雷荣天、钱三强，后来又增加了袁成隆。从此之后，中国的原子能发展事业正式踏上了征途。
20世纪50年代末和60年代初，由于中苏关系破裂，中国“大跃进”政策失误和国内自然灾害的影响，国民经济进入严重困难时期，尖端武器的研制该“下马”还是“上马”的议论越来越多，越来越公开化。有人认为，国家处于特别困难的时期，肚子都填不饱，就不要花那么多钱去搞一时看不见摸不着的尖端武器了，原子弹、导弹的研制工作应该停止。有人认为，原子弹、导弹应该搞，但是国家现在太困难，尖端武器的研制工作应该放慢速度。
陈毅说：“即使当了裤子，也要把原子弹搞出来。”
中央专委在周恩来主持下，3年内召开9次会议，卓有成效地组织了原子弹、导弹研制工作中的协作攻关等问题。
为了给我国第一颗原子弹起一个代号，物理学家朱光亚提议并经核武器研究所所长李觉同意，把苏联来信拒绝提供原子弹教学模型和图纸资料的日期——1959年6月，作为我国第一颗原子弹的代号，即“596”。
中国研制核武器胜利在望，少数大国为了保持核垄断的地位，不愿看到中国拥有核武器，想方设法进行阻挠和破坏。
在美、英、苏三国联合遏制中国进行核试验的大背景下，中国的科技专家们努力工作，发愤图强，在核武器的研究方面取得了一系列重大的突破。到1964年夏天，我国终于全面突破了原子弹技术难关，取得了原子弹研制方面的巨大成就。
可疑的设施是一个能够在两个月内投入使用的核试验基地。根据这一情报，美国国务卿腊斯克发表了一个特别声明：“中国将在最近进行一次核爆炸试验。”美国的情报虽然准确，但它是无法阻挡住中国进行核试验的步伐的。
1964年8月初，中国第一颗原子弹开始总装。
9月1日，核试验预演结束。当时传来消息，国外可能有人正在策划对中国的核设施进行破坏，以阻止中国掌握核武器。这样，何时爆炸中国第一颗原子弹，便更加紧迫地提到中共中央和中央专委会的议事日程上来。为此，周恩来于9月16、17日两天主持召开中央专委会第九次会议，听取张爱萍、刘西尧关于原子弹预演情况的汇报，综合分析国际形势，慎重研究正式试验的时机。周恩来综合大家意见，提出两个方案：一是早试，将在本月下旬下决心；一是晚试，先抓三线研制基地的建设，选择机会再试。他说：“我们要设想一下原子弹炸响后的情况，再决定爆炸试验的时间，国庆前下决心。”周恩来本人倾向于早试。无论早试还是晚试，准备工作不能有丝毫松懈。至于核试验的具体时间，待报请中共中央政治局常委和毛泽东做最后决定。
9月21日，周恩来致信毛泽东，请示爆炸的时间。当晚，毛泽东在信上批示：“已阅，拟即办。”
9月22日，周恩来在毛泽东、刘少奇等参加的中共中央政治局常委扩大会议上汇报了首次核试验的准备工作和中央专委会的试验方案。会议做出了早试的明确决定。