彭桓武指导下开始了核理论研究工作。
氢弹研发.1960年底，于敏开始从事核武器理论研究，在氢弹原理突破中解决了热核武器物理中一系列基础和关键性的理论问题。1961年，于敏调任二机部参与氢弹原理研究。1964年10月，中国第一颗原子弹在邓稼先领导的团队下爆炸成功，随后于敏率领的研制团队在1967年研发出中国首枚氢弹。由于于敏工作的机密性，他的名字直到1988年才被解禁，而他的真实身份则要到1999年中国政府授予其两弹一星功勋奖章时才被解密。1982年中国政府颁发国家自然科学一等奖