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。
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、谢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1.2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。
五十年代末和六十年代初，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，但是国家现在太困准，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。
9月23日，周恩来召集贺龙、陈毅、张爱萍、刘杰、刘西尧等开会，传达中共中央政治局常委扩大会议的决定。他兴奋地向大家说：我向毛主席和少奇等同志作了汇报，他们同意第一方案。原子弹的确是吓人的，主席更大的战略想法是，既然是吓人的，就早响。这样，任务更重了，不是更轻了。试验的时间看来需在20天以后了。10月有4次好天气，中旬可能赶上也可能赶不上，还有下旬一次；11月上旬还有一次，到11月下旬就不好了。要把风向、放射性微尘飞散距离详细计算，搞出资料。原子弹响了，影响就大了。万一不响；后果如何，还要找参加核试验的专家进行专门研究。
周恩来还指出，为了防备敌人万一进行破坏，由总参谋部和空军研究，做出严密的防空部署；由刘杰负责组织关键技术资料、仪器设备的安全转移；由陈毅组织外交部进行对外宣传工作的准备；张爱萍、刘西尧赶赴试验现场组织指挥；除我和贺龙、罗瑞卿亲自抓以外，刘杰在北京主持由二机部、国防科委组成的联合办公室，负责北京，与试验场的联络；要规定一些暗语、密码。他还郑重地叮嘱：“一定要保护好我们自己的专家，东西要转移保存下一部分。不是破釜沉舟，一锤子买卖。”
尽管进行了这样周到细致的准备，但仍有相当的风险。万一试验失败，消息泄露，将造成不利影响。为了绝对保守原子弹试验的秘密，周恩来对与会人员规定了严格的保密纪律。他说：“希望你们对家里人也不说，不要一高兴就说出去。邓颖超同志是老党员、中央委员，不该说的我不向她说。任何人不该知道的，不要知道。”他还对后到会的陈毅说：“你可不能讲啊！”陈毅知道周恩来是提醒他在以外长身份接待外宾时不能说了出去。他操着四川口音爽快地回答：“我不讲哇！”
张爱萍和刘西尧返回西北核试验现场，将周恩来的指示传达给现场上万人员。周恩来以身作则的表率行为，使大家受到深刻的教育，有效地保证了第一次核试验没有发生一起泄密事件。
根据气象情况，周恩来将核爆炸的零时选定为1964年10月16日巧时，并得到了毛泽东的批准。当基地的人们知道这个确切的时间后，他们想起了一个有趣的故事。
基地有一个姓杨的技术员，在1964年10月1日国庆节的前一天晚上做了一个梦。当他醒来后，冲出帐篷；大喊道：“党中央已经审定通过爆炸时间了！”当别人问他是怎么回事时，他激动地喊着：“我梦见党中央已经确定了爆炸时间，它包括3个‘十五’。”
当时无人能说得清楚，这3个“十五”究竟代表什么意思。现在这个梦有了比较能够自圆其说的解释：第一个“十五”表示中华人民共和国成立15周年；第二个“十五”表示从10月1日起往后数15天即10月16日；第三个“十五”表示原子弹将在那天的15时爆炸。
也许是纯属巧合，也许是后人的编排。不管这个梦是真是假，它已经成为中国核武器发展史上的一段趣话了。
10月14日13时，原子弹静卧在铁塔上那个纯金属构造的银灰色小屋里。这个铁塔由8467个构件组成，高102米，重70吨，在耀眼的金色阳光辉映下，傲然挺立。
10月15日15时，有关技术人员完成了原子弹核心部件的装配和几道关键的工序。现场总指挥张爱萍带领技术人员作最后一次检查。离开铁塔时，他有点恋恋不舍，便取下相机，想拍张照片留念，但又考虑到现场不准个人拍照，自己不能违例，他就没有拍照，没有留下自己在那伟大的历史时刻的身影。当将军后来回顾当时的情景时，仍然感到有点遗憾。
围着铁塔，在约60公里的范围内，呈放射状地摆列着近百项效应工程和实物：飞机、军舰、大炮、坦克、装甲车、桥梁、铁路、战时工事和民用楼房，还有马、狗、猴于、老鼠、种子以及各种测试仪器设备等。真像一个大干世界，应有尽有。
罗布泊戎装待命，静候震撼世界的庄严时刻。
10月16日凌晨6时30分，一切不必要留下来的人员撤离现场。现场指挥所设在离爆心23公里外的孔雀河畔的山坡——“721”高地，指挥这次具有历史意义的核试验。
下午，李觉、张蕴钰和两位工程师最后一次来到塔上，安装了电引线，做了最后一次检查。当他们在离爆炸零时前50分钟回到地面时，周围的人们关心地询问他们为什么比预定的时间晚下来4、5分钟，李觉回答：“我一定要亲自确认没有任何的差错。”
接着，他们撤离到现场指挥所，李觉把塔的也控装置的钥匙交给了控制室的领导。采取这一安全措施，是为了保证原子弹不能被爆炸塔附近的任何人引爆。这也是爆炸前最后时刻的一个检查环节。
总指挥部的电话全天24小时与北京总理办公室的电话接通，张爱萍最后一次报告说：“总理，安装工作已经结束，一切顺利，请指示。”
周恩来平静地说：“预祝你们成功！”
张爱萍发出最后指令。
在主操纵员读秒到达零时，“起爆”命令发出的一瞬间，只见罗布泊大漠深处出现一道红色的强烈闪光；紧接着，腾空而起一个巨大的火球，犹如出现第二个太阳，天空和大地被照得一片通红；爆炸形成的蘑菇云不断上升扩张；稍后，一阵惊天动地的巨响震耳欲聋，好像要把苍穹撕裂似的。
这时，试验现场欢声雷动，全体参试人员激动万分，热泪盈眶，互致祝贺。
15时4分，张爱萍眼望高耸蓝天的蘑菇云，问王淦昌：“这是一次核爆炸吗？”
王淦昌肯定地回答：“是的！”
然后，张爱萍给北京的二机部打电话：“请找刘杰同志。”
在二机部原子弹试验办公室里，刘杰正和几名干部焦急地等待着。电话铃突然响了，接电话的同志太紧张了，以至把话筒掉到了桌子上。刘杰一把捡起来，听到张爱萍激动的声音：“请报告周总理和毛主席，我们的第一颗原子弹爆炸了！”
“再说一遍。”
“原子弹爆炸了，已经看到了蘑菇云！”
“我马上报告！”接着，刘杰抓起了专用电话：“我是刘杰，请周总理讲话！”
“我是周恩来！”
“总理，张爱萍同志从试验基地打来了电话，原子弹已经爆炸了，看到了蘑菇云！”
“好，我马上报告毛主席。”
几分钟后，周恩来给刘杰回电话：“毛主席指示我们，一定要搞清是不是核爆炸，要让外国人相信！”
刘杰立刻把毛泽东的指示传达给张爱萍。张爱萍回答说，这确实是一次核爆炸，这一点已经被充分证明了。
这时，刘杰不由自主地开始抖动，他又给周恩来打了电话：“我们的第一颗原子弹已经爆炸成功。这是一次成功的核试验！请党中央和毛主席放心。”
张爱萍向周恩来报告后，随即赶赴爆区，检查爆后的各种效应情况。两个多小时后，张爱萍、刘西尧等签发一份经多方专家认定的关于原子弹成功爆炸的报告，将它电告毛泽东、周恩来、林彪、贺龙、罗瑞卿：确实实现了核爆炸，威力估计在2万吨TNT当量以上。
张爱萍这位儒将诗兴大发，怀着喜悦的心情，欣然吟出《清平乐·我国首次原子弹爆炸成功》一词：
东风起舞，壮士千军鼓。
苦斗百年今复主，矢志英雄伏虎。
霞光喷射云空，腾起万丈长龙。
春雷震惊寰宇，人间天上欢隆。
是啊，这一欢隆的历史时刻终于来到了！
1964年10月16日傍晚5时，周恩来陪同毛泽东、刘少奇、朱德、邓小平、董必武、彭真、李富春等党和国家领导人，在人民大会堂接见3000多名大型音乐舞蹈史诗《东方红》的演职人员。他满面春风地向大家宣布：“同志们，毛主席让我告诉大家一个好消息，我们的第一颗原子弹爆炸成功了！”
中国第一颗原子弹爆炸成功，在国内外引起了强烈反响。在国内，中国人民充满了民族自豪感，对国防力量的增强欢欣鼓舞；在国外，友好国家和团体认为，中国有了原子弹，显示了自力更生的威力，是亚洲历史上的一个辉煌功绩。
