到1967年7月，任中华人民共和国第七机械工业部部长。1968年10月，王秉璋任国防科委党委书记、第一副主任。上任后在中国西北指挥了中国第10次核试验。1970年4月，以“东风四号”作为基础的“长征一号”运载火箭，成功发射了中国首颗人造地球卫星“东方红一号”。吴法宪在回忆录中称，文革中毛泽东曾命王秉璋监视居住在北京西山的徐向前、聂荣臻、叶剑英等元帅的言行，王秉璋通过空军司令员至少递交过两次书面报告，均说老帅们在受批判后接受了教训，对“文化大革命”的态度都有所转变。毛泽东看了报告后，曾批转给林彪、周恩