张劲夫回忆说：在导弹上装原子弹，特别是氢弹头。这项工作很关键的问题是要有高能炸药，就是弹头不能太重了，太重就发射不远。要发射得远，弹头要有重量最高限度。科学院大连化学物理研究所在甘肃专门建立了一个分所，与五机部一个所协作，专门研究高能炸药。经过不断的地面试验，最后把高能炸药的关攻破了，能够使我们的导弹带上原子弹、氢弹，发射得很远很远，成为战略火箭，就是带有核弹头的战略导弹。
用于核导弹的就是“东风2A号”火箭。在解决原子弹的小型化之后，试制核导弹的条件已经具备。
钱学森严字当头，对核导弹的细节都提出严格的要求。核导弹按部就班进行了一系列地面测试之后，在装上核弹头之前，还要进行没有核弹头的发射，这叫“冷试验”。钱学森两度飞往酒泉发射基地，亲自对进行“冷试验”的导弹进行仔细检査。钱学森特别注意对相关协作单位制造的元件、部件进行严格的检査。他强调，不可有任何的疏忽，一根没有焊好的电线，一个不合规格的元件，都可能造成严重的事故。
酒泉导弹发射基地的一位新战士，受到了钱学森的表彰。
这位新战士发现弹体内有一根大约五毫米长的小白毛，担心因此造成通电接触不良，就用镊子夹、细铁丝挑，都未能取出小白毛。最后，战士用一根猪鬃终于挑出了小白毛。钱学森把这根小白毛小心翼翼包起来，带回北京，希望从事“两弹结合”的科研人员都向那位新战士学习。
聂荣臻元帅也非常严格。据聂荣臻秘书范济生回忆：在导弹总装车间，零部件小到一颗螺丝钉，都是有严务格数量的。有一次，聂总听组装人员无意中说：“导弹组装1966年钱学森在基地协助聂荣臻元帅主持两弹结合飞行爆炸试验时，最后发现少了一颗小螺丝钉。”有人主张全部拆卸开找，有人认为费了大力才组装起来，为一颗小螺丝钉不值得再大折腾，不会出什么问题，或许掉在地上了，根本没有落在导弹内。聂总当时正在病中，听说这件事后立即要我陪同张爱萍同志赶赴导弹总装基地“坐镇”。我们遵照聂总指示，一直坐在总装车间，直到把这颗螺丝钉找到，聂总这才放心地同意按期发射。后来，聂总以此事为例告诫我们：“科学就是科学，来不得半点虚假和马虎。”
核导弹的试射方案制定出来了。此前，美国和苏联试验核导弹，是从自己的国土上往大洋里打。中国虽然有着辽阔的海岸线，可是当时的中国海军还不够强大，中国的核导弹不能往大洋里打。所幸中国是幅员广大的大国，选择了在自己的国土上试射核导弹，这在世界上是绝无仅有的。经过反复研究，确定核导弹从酒泉基地射向894公里之外的罗布泊。
1966年6月30日，周恩来总理在访问罗马尼亚、阿尔巴尼亚后，由巴基斯坦拉瓦尔品第回国，他在途中于14时40分在酒泉导弹试验场降落，亲自检査这次核弹与导弹结合飞行试验的各项准备工作。
虽然两次“冷试验”都圆满成功，但是那毕竟只有两次，并不能保证“热试验”万无一失。按照预定的弹道，核导弹要从兰新铁路飞过，那里附近有五万居民。周恩来总理问，核导弹落在那里的可能性有多大？科研人员经过计算，回答说：概率为十万分之六。毕竟还有十万分之六的可能性呀。周恩来总理指示，这次发射一定要严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失。为了要保险，必须临时全部撤离这五万居民。另外，周恩来还指示，要对发射之后核导弹偏离预定轨道，做出预案——导弹上的安全系统将自动启动，在空中把核弹头炸成碎片，防止原子弹爆炸。
196碎10月8日、200，周恩来两次主持中央专委会会议，专门讨论这次两弹结合试验。周恩来强调，这类试验，美国和苏联规在海上进行的，我们在本lUc陆上进行，一定不能Hi乱子。钱学森曾经这样回忆周恩来总理：那个时候周恩来总理抓我们这项工作，他提出来做这项工作的16个字方针，16个字就是“严肃认真、周到细致、一丝不苟、有错必究”，而且要达到这个要求，他又说有三高的要求，三个高字：第一个高是“高度的政治觉悟”，第二个高是“高度的组织纪律性”，第三个高是“高度的科学性”。
那个时候大概每个月或者三个礼拜，要开一次向他的汇报会，他的要求很清楚，所有负责各方面、各部分结构的负责人都要来。周总理就坐在那里听我们的汇报，很细致、很耐心。汇报当中，周总理也有问题要解答。他记性非常好，你上一次汇报的数据如果跟你这次汇报的数据不一样，他就问怎么上一次你说的不是这个数据？所以我们这些人去向总理汇报都要很小心，你上一次怎么说可得记住，这次如果也需要改变的话，就得说明为什么改变。有的时候，到下午六时还没完，总理就说那就大家在这儿吃顿晚饭吧，吃完晚饭再继续开会。有时候这样的会一直开到晚上10点还不停，开到11点甚至更晚，一直到会完了，我们离开人大会堂，向周总理说再见的时候，周总理还对我说：“钱学森你别太累着。”我心真是感动得流泪。我想周总理比我累得多，他还跟我说这样的话。
经过周密的部署，经中央批准，中国首枚核导弹在1966年10月择机发射。
1966年10月24日晚，周恩来、叶剑英、聂荣辕、钱学森向毛泽东汇报“两弹”结合飞行试验的准备工作情况。聂荣臻提出要去现场主持试验。毛泽东批准了进行这次试验，同意聂荣臻到现场主持试验，并说：这次试验可能打胜仗，也可能打败仗，失败了也不要紧。
1966年10月27日9时，“东风2A”核导弹点火升空，9分14秒后核弹头在距发射场894公里之外的罗布泊弹着区靶心上空569米的高度爆炸。
“两弹结合”完全成功。从此，中国的核武器，不仅有弹，而且有了一支能够射向地球任何一个角落的“枪”。短短几年，中国在研制原子弹的道路上，成功地走出了三步：
第一步——1964年10月16日，首颗原子弹在102米高的铁塔顶部试爆成功。
第二步——1965年5月14日，用轰炸机在罗布泊上空成功地空投了一颗原子弹。
第三步——1966年10月27日，首枚核导弹试射成功。
翌日，钱学森的大名出现在美国《纽约时报》头版的“新闻人物”栏里。美国情报机关一直“关注”着钱学森。他们知道，中国这次热核导弹的总策划是钱学森。
《纽约时报》在报道中这样写及钱学森：
一位15年中在美国接受教育、培养、鼓励并成为科学名流的人，负责了这项试验，这是对冷战历史的嘲弄。
1950~1955年的5年中，美国政府成为这位科学家的迫害者，将他视为异己的共产党分子予以拘捕，并试图改变他的思想，违背他的意愿滞留他，最后才放逐他出境回到自己的祖国。
中国卫星跃上太空
中国拥有“两弹”之后，下一个目标便是拥有“星”——人造地球卫星。
人造地球卫星除了“星”本身之外，更重要的是火箭，以强有力的火箭把“星”送上太空。不言而喻，这又要钱学森出马。
当时的“卫星形势”是：
苏联在1957年、美国在1958年发射了各自的第一颗人造地球卫星，摘取了金牌和银牌。法国在1965年发射了第一颗人造地球卫星，摘取了铜牌。
日本则在1966年成为第四名。
毛泽东主席虽然早在1958年就说“我们也要搞人造卫星”，无奈中国的政治运动不断，冲击着人造地球卫星的研制工作。再不抓紧，中国恐怕连第五名都挨不上。
钱学森推荐孙家栋担任人造地球卫星的总体设计。钱学森说，孙家栋“敢干事，会干事”。
孙家栋大胆地提出，简化中国的第一颗人造地球卫星，不要那么多的探测仪器，先放一颗“政治卫星”，把那个鸭蛋打破。这样，可以大大加快发射中国第一颗人造地球卫星的进度。
孙家栋对这颗“政治卫星”的设想是“上得去、抓得住、看得见、听得到”。
所谓“上得去”就是发射成功。所谓“抓得住”就是准确入轨。对于一颗人造地球卫星来说，“上得去，抓得住”是最起码的要求。
所谓“看得见”，是指在地球上用肉眼看得见。所谓“听得到”，是指从卫星上发射讯号，在地球上可以用收音机听得到。
“看得见”不大好办，因为当时设计的中国第一颗人造地球卫星，直径只有一米，何况表面也不够亮，在地球上很难用肉眼看得见。如果加大卫星，超过了运载火箭的承载力，又不行。孙家栋想出妙计，把脑筋动到三级火箭上面：当卫星进入太空之后，卫星在前面飞，三级火箭在后面飞，这个三级火箭比卫星大得多，只是表面灰暗，不反光。孙家栋设法在三级火箭外面套上一个球形的气套。进入太空之后，卫星弹出去了，这个气套也通过充气，成了直径3米的大气球。他又想出办法，把气套表面镀上银白色的金属，变成了银光锃亮的大气球，在地球上用肉眼就能看得见。
至于“听得到”，孙家栋回忆说：“那个时候老百姓只有收音机，这个频率短波听不见。后来想了个办法，就是由中央人民广播电台给转播一下。但是听什么呢？光听嘀嘀嗒嗒的工程信号，老百姓听不懂是什么。大家你一句我一句，就碰出个火花：放《东方红》乐曲，都说可以，向钱学森汇报，钱学森也支持。但这是个大事情，钱学森又叫人写了一个报告，给了聂荣臻元帅。聂帅也同意了，报给中央，中央最后批了。提出这个建议的时候，大家热情很高，但中央批了以后，就等于说是中央下了这个任务，那就得把这个事办好。这一来就感觉压力大了。第一次搞这种仪器，如果上天以后又变调了，这在当时‘文革，期间是绝对不可以的，那压力可真大。后来做得很好，搞设备的同志可是立了功了。”
令孙家栋左右为难的是，当时参加研制人造卫星的单位，要在仪器上镶嵌毛泽东像，说是要把毛泽东像送上太空，让全世界人民都看到！这许许多多毛泽东像都是金属的，增加了人造卫星的重量，这怎么行呢？
1969年10月，卫星初样完成，钱学森带着孙家栋等人向周恩来总理汇报。孙家栋提出了毛泽东像的问题。周恩来不愧为一个充满政治智慧而讲话又滴水不漏的人。他并没有正面回答放还是不放毛泽东像章，而是说：“全党、全军、全国人民当然要无限热爱、崇拜毛主席。你看看人民大会堂——政治上这么重要的地方，有的大厅挂了主席的像，有的会议室挂了主席写的字。但是挂在什么地方，都不是随随便便的，必须非常严肃、非常认真地来考虑什么地方合适挂，什么地方不合适挂，你看咱们这个会议室就没有挂。你们回去也要好好考虑一下……”
孙家栋会心地一笑。那些毛泽东像，就凭周恩来的这几句话，没有装进卫星。
在发射卫星之前，必须对运载火箭“长征一号”进行试验。任新民是运载火箭“长征一号”的总设计师。