从1958年8月起，邓稼先把全部精力都倾注到原子弹、氢弹的研制工作中。首先，他带着一批刚跨出校门的大学生，一面学习原子能理论，一面从事原子弹试验场地建设。
1959年，邓稼先根据中央的决策，“自己动手，从头摸起，准备用8年时间搞出原子弹”，选定中子物理、流体力学和高温高压下的物理性质这三个方面作为研制中国第一颗原子弹的主攻方向。
在北京近郊的二机部第九研究院，以邓稼先为代表的科学家们决心发挥集体的智慧，研制出我国的“争气弹”。那时，不仅生活条件艰苦，而且技术落后，没有计算机。科研人员先用算盘、后用计算尺进行极为复杂的原子弹理论计算。
原子弹项目刚启动时，苏联答应帮助中国。苏联与中国签订了相关协议；苏联派出了专家。但是，1959年6月20日，苏共中央来信，拒绝提供原子弹数学模型和有关技术资料。同年8月23日，苏联单方面终止两国签订的国防新技术协定，撤走全部专家，甚至连一张设计图都不留下。为了记住那个撕毁合同的日子，中国第一颗原子弹的工程代号定名为“五九六”。
在这以后的五年时间里，科学家和工程技术人员克服了资料少、设备差、时间短、环境恶劣等常人难以想象的困难，进行中国原子弹研制工作。
在中国大西北荒凉的古罗布泊，马革裹尸的古战场，解放军工程兵建成了中国第一个核武器试验基地。
1962年9月11日，二机部向中央呈送了“两年规划”报告，提出争取在1964年，最迟在1965年上半年爆炸中国的第一颗原子弹。此时，邓稼先及其同事拿出了原子弹设计方案。毛主席批准了二机部的报告。
