学院决定集中力量加强国防尖端科学研究工作，并决定由裴丽生分工负责，同年他升任副院长。1961年，时任副总理的聂荣臻元帅提出，联合五院、二机部、中国科学院力量，共同完成两弹（原子弹、氢弹）研制任务。同年7月，国防科委成立了由刘杰、钱三强、张劲夫、裴丽生、刘西尧组成的二机部和中国科学院协作小组，以及由王铮、钱学森、张劲夫、裴丽生、刘西尧组成的五院和中国科学院协作小组。1963年，中国科学院成立由竺可桢、裴丽生、钱学森、赵九章领导的星际航行委员会。在这些科学家的共同努力下，中国的原子弹、氢弹和人造卫星项目能够得以