当时,中央决定,依靠自己的力量发展原子弹。1958年6月21日,毛泽东在军委扩大会议上说:“原子弹就是那么大的东西,没有那个东西,人家就说你不算数。那么好吧,我们就搞一点吧,搞一点原子弹、氢弹,洲际导弹。我看有十年工夫完全可能。”此后不久,中国第一个原子反应堆启动成功!1958年秋,二机部副部长刘杰找到邓稼先,说“国家要放一个‘大炮仗’”,征询他是否愿意参加这项必须严格保密的工作。邓稼先义无反顾地同意,回家对妻子只说自己“要调动工作”,不能再照顾家和孩子,通信也困难。妻子表示支持。从此,邓稼先的名字便在刊物和对外联络中消失,他的身影只出现在严格警卫的深院和大漠戈壁。当邓稼先得知自己将要参加原子弹的设计工作时,兴奋难眠,同时他又感到任务艰巨,担子十分沉重。1958年8月,邓稼先调到新筹建的核武器研究所任理论部主任,负责领导核武器的理论设计,随后任研究所副所长、所长,核工业部第九研究设计院副院长、院长,核工业部科技委副主任,国防科工委科技委副主任。