1955年9月17日，美國的洛杉磯港口，一艘名叫克利夫蘭總統號的輪船即將起航，錢學森攜帶妻子蔣英和一雙兒女購買了這天的船票，準備返回中國。當船漸漸離開港口駛向大海時，錢學森長長地出了口氣，為了這一天，他已經煎熬了5年。
1956年10月8日，中國第一個導彈研究機構——國防部第五研究院成立，標誌著中國導彈—航天事業正式起步。錢學森任院長，梁思禮負責導彈控製係統研究。當時雖然有錢學森等海外歸國科學家加入，但“兩彈”工程依然急缺技術人才。聶榮臻為此專門召集會議，向各大學要人。時任哈爾濱軍事工程學院院長陳賡，將一批技術人才輸送到籌備中的導彈研究院，有些大學不肯放人，陳賡還為此發了火，最後在周恩來的幫助下才得以解決。
1964年10月16日下午3時，在新疆羅布泊上空，我國第一次將原子核裂變的巨大火球和蘑菇雲升上了戈壁荒漠，中國第一枚原子彈試爆成功。1966年10月27日，中國第一枚導彈核武器發射成功，實現了原子彈、導彈“兩彈結合”。
中國第一枚原子彈試驗成功後，又用了2年零8個月，成功爆炸了氫彈。1967年6月17日，中國第一枚氫彈又在羅布泊上空爆響，速度之快令全世界震驚。氫彈的原理與結構比原子彈複雜得多，從原子彈發展到氫彈意味著在科學技術上實現了質的跨越，這一步美國用了7年零4個月，蘇聯用了4年，英國用了4年零7個月，法國當時已研製4年多，尚未成功。
當兩彈事業告一段落，人造衛星研製也提上了日程。1970年4月24日21點35分，搭載著“東方紅一號”衛星的“長征一號”運載火箭點火升空。隨著雄壯的《東方紅》樂曲通過廣播電台的電波響徹神州大地，我國第一顆自行研製的衛星——“東方紅一號”成功入軌，遨遊天際，標誌著中國拉開了太空時代的大幕。