1945年8月，日本政府正式宣告投降，历时八年的抗日战争取得了最后胜利。刚好这时候邓稼先也从西南联大物理系毕业了。他非常想念远在北平的双亲和姐弟，但抗战刚刚胜利，那么多迁居到大后方的人，一时哪里能够走得动呢？这一阶段的昆明，酝酿于抗战末期的人民民主、呼吁和平的要求因******政府撕毁《双十协定》、发动内战而强化了。反动政府的倒行逆施激怒了要求建设和平民主新生活愿望的老百姓。敏感的大学生们尤其无法克制胸中怒火，强烈要求反对内战，呼吁和平。在这种情况下，1945年爆发了震惊大后方的“一二·一”惨案。邓稼先积极参加了这个运动，他的思想进步更快。就在这个时期，邓稼先经好友杨德新同学介绍加入了“民青”。“民青”（民主青年同盟）是共产党的外围组织。加入革命组织，这正是他思想进步的一个标志。大学毕业后，邓稼先在昆明培文中学和文正中学教了一年数学，以等候机会返回北平。
1946年夏，邓稼先受聘任北京大学物理系助教，回到了阔别六年的北平，他用自己一个月的全部工资给父亲买了两坛茅台酒和两条上等香烟。因为没有别的什么东西好买，他带给母亲的只有一颗日夜思念的赤子之心。这没有物质依托的情感，更加清冽纯正。他一到家就紧紧地拥抱母亲，他似乎没有看见身体比以前瘦弱的母亲眼里噙着泪水，老人竭力克制着自己的感情。邓稼先一边亲吻，一边叫着“姆妈”。这是他由一个思想趋向成熟的青年返还到童稚的瞬间。人们在自己的一生中，常常有心理和情感的这种返还。这种返还显示着一个人在人际纷争中善良天性的顽强生命力。因此，情感中返还越是频繁，这种人的心灵也就越是纯洁。邓稼先赞赏别人爱用“pure”（纯洁），这是他特别欣赏和终生刻意追求的道德境界。他处处表现出这一点来。所以吴鸣锵干脆就把邓稼先称为“pure”。为时八年的抗日战争终于取得了胜利，大家都非常兴奋。
每个人开始盘算着自己今后的生活安排，都想在事业上有一番作为。但是人们的打算都一件件地落空了。抗日战争的胜利，并没有给中国带来一个和平安定的环境，******摘取了胜利的果实之后，接着就开始向解放区进攻，内战开始了。这时，邓稼先已经在北京大学物理系任助教。当时国民党政府腐败，经济情况很糟，通货膨胀进一步加剧，老百姓活不下去，许多大、中学生因为无钱交纳学费，面临失学的危险。在全国范围内，学生们开展了大规模的“反饥饿、反内战”的斗争。邓稼先始终积极参加这些运动，并在北京大学讲助会里勤恳忠诚地工作着。他们募集了大量钱款、物资支援贫困的学生。不过，邓稼先毕竟不像在昆明那样血气方刚了，血性减弱是他政治上进一步成熟的表现。
这个时期，他读了毛主席的《新民主主义论》等许多著作，从中受到深刻的启发和教育，他坚信中国共产党领导的人民解放事业定会成功，一个崭新的中国必将诞生。这时，他要用自己的全部才智为祖国效力的思想在头脑中已然经历了一次跃迁。先是听从父亲的嘱咐“要学科学，对国家有用处”。那是少年时的一种普遍认识；后来是“看来关键是政治”，这是他在透彻地看清了国民党政府的反动性之后认识上的一个飞跃；再后来就是“建设国家需要人才”，这是他认真考虑后做出的对自己如何奉献给新中国的一种选择，也同时是他发挥个人优势的一种选择。他毕竟已有比较厚实的物理学根底了，他觉得应该充分利用它。他一边做着助教，一边勤奋学习，着手准备到美国留学的考试。1947年，邓稼先参加了赴美研究生的考试，并顺利获得通过。
当时学物理的人，有很多都去欧美西方国家读研究生，继续深入钻研。为什么呢？这要回顾一下当时国际上科学发展的情况，特别是在核物理方面。自从美国在1945年率先研制成功原子弹并扔到日本的广岛、长崎两地显示其威力以后，人们一致认为量子力学的发展是核武器出现的科学前提，而第二次世界大战则是它的催化剂。这是原子弹问世的两大历史背景。化学家至少在一百多年前就知道了“原子”，但当时他们对它的组成和结构几乎是一无所知的。直到19和20世纪之交，科学家们先后认识了X射线、电子和放射性等等，揭开了物质世界微观研究的序幕。我们知道量子力学是研究极微小的物质如分子、原子等的运动规律。
1901年，普朗克常数的发现标志着量子力学的诞生。到1905年，科学大师爱因斯坦发表了狭义相对论，他的著名公式E=mc?（能量等于质量乘以光速的平方），给予后来研究利用核能以关键性的指引。在此之前，新西兰的卢瑟福在20世纪初系统地分解了原子，创立了原子模型，发现了原子核。后来尼尔斯·玻尔又建立了氢原子的模型。到了20世纪20年代末，海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动力学从两个不同侧面给了量子力学以完整的形式，而狄拉克的关于电子相对方程也给了量子力学以普遍公式。1927年的索尔维会议则在实际上宣布了量子力学已经创立。
在对于原子核裂变的探索中，尼尔斯·玻尔触摸到最关键的问题之一。他知道，钍比铀235轻，铀238则比铀235更重一些。钍232吸收一个中子之后，它成为一个原子量为奇数的核-钍233。当铀238吸收一个中子之后，它也成为一个原子量为奇数的核。但是当铀235吸收一个中子之后，它却成为铀236，这是一个原子量为偶数的核。
问题在于铀核大约需要6兆电子伏特的能量才会裂变，铀238、铀235和钍232吸收一个中子后都只能得到约5.3兆电子伏特的结合能。这就是说，要使铀核裂变，吸收一个中子之后至少还差约0.7兆电子伏特的能量。但是科学家后来发现：“由奇数中子变到偶数中子时会释放出1-2兆电子伏特能量。”那么，铀235在俘获了一个中子后加上这一部分，就超过了6兆电子伏特的能量并因此发生核裂变。这意味着铀235比它的两个竞争者占有能量优势：它只是由于其质量的改变就增加了能量而导致裂变，其他两种同位素则不是这样。
在理论上弄明白怎样才能发生核裂变，已经使许多科学巨匠绞尽脑汁，再要付诸实现，实在是太难了。为什么呢？因为在地球上天然存在的铀矿中，铀235对铀238的比例是1∶139，仅占0.7% 。这就说明，天然的铀235极少，要分离出大量的纯铀235可不是闹着玩的。
玻尔曾经设想需5年到10年才能做到。此外还有许多理论上和实验上的难题。这样，站在量子力学最前沿的个别科学家曾对能否尽快地研制成功原子弹失去信心。
但是不管别人怎样没有信心，还有很多科学家，如费米、奥齐拉特、赫伯特、安德森等在哥伦比亚大学里继续实验，他们终于发现能够得到大量中子的办法。费米和安德森估计，每俘获一个中子大约放出两个中子。通俗地说就是，有的物质在吞吃了一个中子以后，会加倍地吐出中子来。叫作第二代中子，一代接一代地往下传，它的数目可以很多。
爱因斯坦得知这个重大的发现后，惊叹地用德语说：“我从来没有想到过这一点！”不过他很快就明白了，他兴奋地说：“对，这是人类第一次用直接的形式而不是间接地释放出核能。”言外之意是，过去只有太阳才放出核辐射，它放射到地球就是阳光。而现在是人类去干太阳做的活儿了。这在一般人的眼里，觉得真是做梦。但是有几位科学家，把梦变成了现实。
从量子力学最基本理论的创立，到核裂变的发现，再到试建原子反应堆，依次递进，它们为原子弹的出世一层一层地准备了条件。然而，天梯爬到这一段，距离世界上第一颗原子弹的制成仍然路途遥远。换言之，在它的面前依然是困难重重。如果反应堆一旦试制成功，研制原子弹的几个重要前提就算一一具备了。这正是一个关键的当口。
事有凑巧，当科学家寻找到第二代中子，迈进建造原子反应堆门槛的时候，纳粹德国于1939年1月入侵波兰，第二次世界大战爆发。残酷的战争环境推着科学快速发展，逼着科学家们一头扎到核裂变这一重大发现中去寻找制造超级炸弹的途径。身处战争环境下的邓稼先自然对这些事情有所关注。
邓稼先在北京大学做助教的时候，在学生中有两个学生和他今后的关系很大。一个是许鹿希，另一个是于敏。许鹿希当时在北京大学医学院读书，她那班的物理实验课恰由邓稼先教。师生之间相互留下了良好的印象。她从医学院毕业后，他们结为夫妻。于敏那时已从化学系转到了物理系。1947年秋天的一个晚上，北京的天气已经有些凉意。漫步在沙滩红楼北京大学校园内的邓稼先，无意中碰到了物理系二年级的同学于敏。他们两人本来并不相识，三句两句一聊就很投机。从物理、数学到社会人情，一直到古诗，无所不谈。两个人没完没了地站在水池旁边聊到深夜。他们全然没有察觉到吹过来的阵阵凉风和身上的丝丝寒意，整个心灵已经迷失到探索自然和社会生活秘密的遨游中去了。他们哪里想得到，事隔20年之后，这两个当年二十来岁的青年竟合作提出了“邓-于方案”，为中国氢弹的研制成功在理论设计上做出了杰出的贡献（“邓-于方案”这个名词，由外国人在1988年首次写在英文书《ChinaBuilds the Bomb》中）。在和于敏分手回宿舍的路上，邓稼先体会到人与人之间可以有很多美好的思想相互交流。对于邓稼先，这是一个偶然来到自己身边的极有收获的夜晚。
