內外交困的中國，到了吃飯都非常困難的地步，甚至連中南海裏也吃不飽肚子。在這非常時期，需要采取非常措施，中央決定對國民經濟發展計劃進行大調整。調整中肯定要涉及到國防工業和國防研究項目。
1961年7月，中央在北戴河召開了國防工作會議，在會上關於原子彈和導彈要不要繼續搞下去的問題展開了爭論。毛澤東沒有參加這個會議，會後他拿到了會議材料。8月份毛澤東在北京召集有關中央領導專門討論國防尖端武器的研究問題，在討論中，時任國務院副總理兼外交部長的陳毅激動地說：“沒有原子彈，我這個外交部長可要辭職啦。依我陳毅之見，原子彈要搞，導彈也要搞，就是脫了褲子去當，也要搞上去才行。”
毛澤東也是主張把國防尖端技術一定要搞上去的，所以，他聽了彙報後說：“還是那句老話，中國要是沒有這個東西，人家就要欺負我們口羅。”當即就決定批準了原子彈繼續上馬的方案。就是在這次會議上，周恩來對大家說“我們搞核武器的最終目的是為了消滅核武器，這一點從現在起大家都要明白。”
為了鼓舞研究者的士氣，中央領導決定，在研究人員和核試驗基地的建設人員中，分頭召開一次誓師大會。這些連肚子都吃不飽，餓得渾身浮腫的軍人和科學家們，勒緊腰帶，忍饑挨餓，為的是國防力量的增強。在最饑餓的時期，除了很少的糧食定量之外，中央所能給他們的糧食援助僅僅是幾斤黃豆。這些滿臉菜色的科學家們，有許多是拋棄了國外優厚的物質待遇，曆經艱辛回到祖國的。他們回來的目的就是為了祖國的富強。
研究工作進展順利，1962年初，原子彈的核裂變控製工作已經完成，製造出了原子彈模型。1963年秋天，中國第一顆原子彈試驗方案擬定。就在這一年，在羅布泊建立起120米高的原子彈試驗鐵塔。檢驗核爆炸效應的試驗物，也相繼建立起來。1964年5月，中國第一枚原子彈完成了總裝。剩下的問題就是選擇試驗時機了。對於首次核試驗，黨和國家領導人非常重視，這是檢驗研究成果，也是檢驗領導人決策的試驗，同時，更是表現中國人尖端科學技術研究能力的試驗，為此，周恩來總理特別指示：“嚴肅認真，周到細致，穩妥可靠，萬無一失。”遵照這一指示，科研人員對原子彈試驗的各項工作，反複檢查，生怕萬一疏漏，會導致試驗失敗。
1964年10月8日，試驗場的各項工作準備就緒，儀器設備全部調試完畢，氣象部門提供了未來10天的預報。從10月14日到10月17日，試驗場區天氣晴朗，符合核爆炸要求。10月14日，周恩來專門向中央彙報原子彈試驗準備工作情況，毛澤東、劉少奇、朱德、陳雲、鄧小平、李富春等都來聽取彙報。在聽完彙報後，毛澤東隨即講話，他說，我們即將有資格向世界各國政府建議，召開各國首腦會議，討論全麵禁止和徹底銷毀核武器問題。作為第一步，各國首腦會議應當達成協議，即對有核武器的國家和很快可能擁有核武器的國家承擔義務，保證不使用核武器，不對無核國家使用核武器，不對無核地區使用核武器，彼此也不使用核武器。
10月14日，中國首枚原子彈吊裝到試驗塔頂端的平台上。核武器研究部門負責人李覺、陳能寬等到現場細致檢查，張愛蘋將軍到現場擔任總指揮。
10月16日是預定的試驗日期，下午2時，周恩來準時來到中南海會議廳，聶榮臻元帥已經在這裏等候，這裏裝上了通往5000公裏外的試驗場的專用電話。2時58分，試驗指揮所計時器進入倒計時。隨著倒計時變為“零”，引爆人員按下了按鈕，就在這一瞬間，戈壁灘上衝起一股巨浪，隨後，火光、蘑菇雲衝天而起，悶雷般的巨響傳入耳際。原子彈爆炸了，爆炸過後，試驗人員立即進入現場，查看記錄儀，檢驗效應物，一切均詳細記錄。試驗結果表明，我國自行研製的第一枚原子彈試驗獲得圓滿成功。試驗結果彙報到中南海，周恩來當即把這個消息彙報給毛澤東主席。毛澤東主席沒有馬上表示出喜悅，而是指示說，一定要搞清楚，是不是核爆炸。當反複核實驗證的結果證明確實是核爆炸的結論再傳過來時，中央領導才舒了一口氣。中國原子彈爆炸成功的消息通過電波和報刊傳到全國。頓時，舉國上下，一片歡騰。中國人有了自己的“撒手鐧”，成為繼英國和法國之後，第五個有核國家。中國人再也不受核訛詐國家的威脅了。