此后，彭德怀经常把钱三强、钱学森等科学家请到家里，为自己讲课。他接受钱三强的建议，决定先建一个试验性原子反应堆和一个加速器，为研制原子弹准备条件。
1957年6月15日，天还没亮，彭德怀就起床去参观中国人自己建成的原子反应堆。技术人员把他领到一个水泥浇铸的筒形建筑前，说：“这就是原子反应堆的心脏部分。”
“好家伙，像座碉堡！”彭德怀乐呵呵的。
“现在还没有封口，可以看到内部，封口后就什么也看不到了，得通过仪器观察。请彭总看看。”
彭德怀说：“技术上的事，我是外行。我只说两件事：一是对废料、废液一定要严格处置，绝不要造成环境污染；二是一定要加强防护，保证工作人员身体健康。”
这次参观，让彭德怀很高兴：“我们终于有了自己的原子反应堆，这是个好的开端。有了它，以后就会有我们自己的火箭、导弹和核潜艇，再也不用去看人家的了！”
但是，彭德怀最终没能看到研制出的核武器。1959年，“庐山会议”上，他受到错误批判，从此离开军委和国防部。“文革”中，他受到残酷的批斗。即便如此，他仍然为祖国军事科技的飞跃激动不已。1964年10月，他在广播中听到了我国第一颗原子弹爆炸的消息。1970年4月，他又听到了中国第一颗人造卫星上天的消息。但1971年中国核潜艇下水、1974年8月交付使用的消息，因未对外公布，他到1974年11月去世时都不知道。在临终遗言中，这位新中国的第一任国防部长念念不忘：“我国的战略防御设施不完善，国防工业和科研跟不上需要，这是我最担心的。”
