和国成立后，万毅任中共中央中南局委员。1950年10月起，任军委炮兵第一副司令员兼东北军区炮兵司令员，炮兵学校校长。1952年8月至1954年9月任第二机械工业部副部长。1953年9月，任解放军总参谋部装备计划部部长。1955年被授予中将军衔，获一级独立自由勋章、一级解放勋章，是当时授衔中将中唯一一名中共中央委员会成员。1956年，在中共八大上再次当选为中共候补中央委员。1958年5月，兼任国防部第五部部长，负责研究特种武器装备。9月起，任中国科协副主席。1959年4月，任中国人民解放军国防科学技术委员会副