那個時候大概每個月或者三個禮拜，要開一次向他的彙報會，他的要求很清楚，所有負責各方麵、各部分結構的負責人都要來。周總理就坐在那裏聽我們的彙報，很細致、很耐心。彙報當中，周總理也有問題要解答。他記性非常好，你上一次彙報的數據如果跟你這次彙報的數據不一樣，他就問怎麼上一次你說的不是這個數據？所以我們這些人去向總理彙報都要很小心，你上一次怎麼說可得記住，這次如果也需要改變的話，就得說明為什麼改變。有的時候，到下午六時還沒完，總理就說那就大家在這兒吃頓晚飯吧，吃完晚飯再繼續開會。有時候這樣的會一直開到晚上10點還不停，開到11點甚至更晚，一直到會完了，我們離開人大會堂，向周總理說再見的時候，周總理還對我說：“錢學森你別太累著。”我心真是感動得流淚。我想周總理比我累得多，他還跟我說這樣的話。
經過周密的部署，經中央批準，中國首枚核導彈在1966年10月擇機發射。
1966年10月24日晚，周恩來、葉劍英、聶榮轅、錢學森向毛澤東彙報“兩彈”結合飛行試驗的準備工作情況。聶榮臻提出要去現場主持試驗。毛澤東批準了進行這次試驗，同意聶榮臻到現場主持試驗，並說：這次試驗可能打勝仗，也可能打敗仗，失敗了也不要緊。
1966年10月27日9時，“東風2A”核導彈點火升空，9分14秒後核彈頭在距發射場894公裏之外的羅布泊彈著區靶心上空569米的高度爆炸。
“兩彈結合”完全成功。從此，中國的核武器，不僅有彈，而且有了一支能夠射向地球任何一個角落的“槍”。短短幾年，中國在研製原子彈的道路上，成功地走出了三步：
第一步——1964年10月16日，首顆原子彈在102米高的鐵塔頂部試爆成功。
第二步——1965年5月14日，用轟炸機在羅布泊上空成功地空投了一顆原子彈。
第三步——1966年10月27日，首枚核導彈試射成功。
翌日，錢學森的大名出現在美國《紐約時報》頭版的“新聞人物”欄裏。美國情報機關一直“關注”著錢學森。他們知道，中國這次熱核導彈的總策劃是錢學森。
《紐約時報》在報道中這樣寫及錢學森：
一位15年中在美國接受教育、培養、鼓勵並成為科學名流的人，負責了這項試驗，這是對冷戰曆史的嘲弄。
1950~1955年的5年中，美國政府成為這位科學家的迫害者，將他視為異己的共產黨分子予以拘捕，並試圖改變他的思想，違背他的意願滯留他，最後才放逐他出境回到自己的祖國。
中國衛星躍上太空
中國擁有“兩彈”之後，下一個目標便是擁有“星”——人造地球衛星。
人造地球衛星除了“星”本身之外，更重要的是火箭，以強有力的火箭把“星”送上太空。不言而喻，這又要錢學森出馬。
當時的“衛星形勢”是：
蘇聯在1957年、美國在1958年發射了各自的第一顆人造地球衛星，摘取了金牌和銀牌。法國在1965年發射了第一顆人造地球衛星，摘取了銅牌。