1959年9月起，张爱萍任国防科委副主任、国务院国防工业办公室副主任，中央专委委员兼办公室副主任，中央军委委员，主持国防科技、装备和国防工业工作，并具体负责“两弹一星”工程。文革中，张爱萍受到批判，被关押五年，左腿致残。后来在周恩来关照下，得以匿名保外就医。邓小平再次上台后进行整顿，张爱萍遂复出，任国防科委主任，整顿国防科技领域。反击右倾翻案风后再次被打倒。1977年3月起，张爱萍任中央军委委员、国防科委主任、中国人民解放军副总参谋长，国家科委第一副主任、党组副书记并兼任中央专委办公室主任、中央军委科技