1996年5月，调任中国航天总公司五院（中国空间技术研究院）副院长（正司局级）。1996年6月，兼任实践五号卫星总指挥及总设计师。1999年，获聘为总装备部卫星系统技术专业组组长。1999年9月，任中国航天科技集团公司党组成员、副总经理。2000年获聘为总装备部科技委兼职委员。2003年，获国务院学位委员会聘为航空宇航科学与技术学科评议组成员。2003年12月，兼任鑫诺卫星通信有限公司董事长。2004年3月到2005年12月，还兼任绕月探测工程副总指挥。2006年7月，兼任中国航天科技国际集团有限公司董事局主席、上海航天科技产业基地管理委员会主任以及上海航天科技产业基地开发建设有限公司董事长。2004年，当选为中国宇航学会副理事长。2007年，当选为国际宇航科学院院士。2007年9月，任中国航天科技集团公司党组书记、总经理。2007年10月，兼任中国宇航学会理事长。2007年11月，兼任中国载人航天工程副总指挥。2008年12月，兼任中国新一代运载火箭工程总指挥。2011年4月28日，在中国宇航学会第六次全国会员代表大会上，当选第六届理事会理事长。2012年，当选中国共产党第十八次全国代表大会代表、主席团成员，并在此次大会上当选为中国共产党第十八届中央委员。