１９５６年春，周恩來總理親自領(lǐng)導(dǎo)數(shù)百名科學(xué)技術(shù)專家，制訂新中國第一個遠大的規(guī)劃——《１９５６至１９６７年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》，確定了５７項國家重要科學(xué)技術(shù)任務(wù)。由錢學(xué)森主持，在王弼、沈元、任新民等的合作下完成了第３７項（《噴氣和火箭技術(shù)的建立》）的規(guī)劃。錢學(xué)森等在這項重要科學(xué)技術(shù)任務(wù)的說明書中指出：“噴氣和火箭技術(shù)是現(xiàn)代國防事業(yè)的兩個主要方面：一方面是噴氣式的飛機，一方面是導(dǎo)彈。沒有這兩種技術(shù)，就沒有現(xiàn)代的航空，就沒有現(xiàn)代的國防。建立了噴氣和導(dǎo)彈的技術(shù)，民用航空方面的科學(xué)技術(shù)問題也就不難解決”；“本任務(wù)的預(yù)期結(jié)果是建立并發(fā)展噴氣和火箭技術(shù)，以便在１２年內(nèi)使我國噴氣和火箭技術(shù)走上獨立發(fā)展的道路并接近世界先進的科學(xué)技術(shù)水平，以滿足國防的需要”；解決本任務(wù)的途徑：“必須盡先建立包括研究、設(shè)計和試制的綜合性的導(dǎo)彈研究機構(gòu)，并逐步建立飛機方面的各個研究機構(gòu)”；解決本任務(wù)的大體進度：“１９６３—１９６７年，在本國研究工作的指導(dǎo)下，獨立進行設(shè)計和制造國防上需要的、達到當(dāng)時先進性能指標的導(dǎo)彈”；組織措施是：“在國防部的航空委員會下成立導(dǎo)彈研究院，該院自１９５６年起開始建設(shè)，１９６０年建成”。１９５６年５月１０日，聶榮臻元帥提出《關(guān)于建立我國導(dǎo)彈研究工作的初步意見》，并且建議：在航空工業(yè)委員會下設(shè)立導(dǎo)彈管理局，錢學(xué)森任總工程師；建立導(dǎo)彈研究院，錢學(xué)森任院長。錢學(xué)森很快受命負責(zé)組建我國第一個火箭、導(dǎo)彈研究院——國防部第五研究院。１９５６年１０月８日，恰好是錢學(xué)森回歸祖國一周年的日子，聶榮臻元帥親自主持五院成立儀式。這一天也是對新中國１５６名大學(xué)畢業(yè)生進行導(dǎo)彈專業(yè)教育訓(xùn)練班的開課紀念日。錢學(xué)森主講《導(dǎo)彈概論》。在１９４２年加州理工學(xué)院噴氣技術(shù)訓(xùn)練班授課１４年之后，錢學(xué)森為能在自己的國家培養(yǎng)我國第一批火箭、導(dǎo)彈技術(shù)人才，感到無比激動。這批受訓(xùn)的大學(xué)生，后來成為我國火箭、導(dǎo)彈與航天技術(shù)隊伍的骨干。１９５７年２月１８日，周恩來總理簽署國務(wù)院命令，任命錢學(xué)森為國防部第五研究院第一任院長。從此，在周恩來總理、聶榮臻元帥直接領(lǐng)導(dǎo)下，錢學(xué)森開始了作為新中國火箭、導(dǎo)彈和航天事業(yè)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人的長期經(jīng)歷。１９５７年１１月１６日，周恩來總理任命錢學(xué)森兼任國防部第五研究院一分院院長。１９５８年５月２９日，聶榮臻元帥同黃克誠、錢學(xué)森一起部署了我國第一枚近程導(dǎo)彈的制造工作。１９６０年１１月５日，在聶榮臻元帥現(xiàn)場親自指導(dǎo)下，以張愛萍將軍為主任，孫繼先、錢學(xué)森、王諍為副主任的試驗委員會，在我國酒泉發(fā)射場成功地組織了我國制造的第一枚近程導(dǎo)彈的飛行試驗。正如聶榮臻元帥在慶祝宴會的祝酒詞中所說，在祖國的地平線上，飛起了我國自己制造的第一枚導(dǎo)彈，這是我國軍事裝備史上一個重要的轉(zhuǎn)折點。１９６４年６月２９日，我國第一個自行設(shè)計的中近程導(dǎo)彈進行飛行試驗獲得成功。１９６６年１０月２７日，遵照周恩來總理“嚴肅認真、周到細致、穩(wěn)妥可靠、萬無一失”的指示，錢學(xué)森協(xié)助聶榮臻元帥，在酒泉發(fā)射場直接領(lǐng)導(dǎo)了用中近程導(dǎo)彈運載原子彈的“兩彈結(jié)合”飛行試驗，導(dǎo)彈飛行正常，原子彈在預(yù)定的距離和高度實現(xiàn)核爆炸。這次史無前例的試驗標志著中國開始有了用于自衛(wèi)的導(dǎo)彈核武器，也標志著《１９５６至１９６７年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》規(guī)定的“１９６３—１９６７年在本國研究工作的指導(dǎo)下，獨立進行設(shè)計和制造國防上需要的、達到當(dāng)時先進性能指標的導(dǎo)彈”這一任務(wù)的提前完成。第二天，即１９６６年１０月２８日，《紐約時報》用這樣的文字報道了這一重大事件：“一位１５年中在美國接受教育、培養(yǎng)、鼓勵并成為科學(xué)名流的人，負責(zé)了這項試驗，這是對冷戰(zhàn)歷史的嘲弄。１９５０—１９５５年的５年中，美國政府成為這位科學(xué)家的迫害者，將他視為異己的共產(chǎn)黨分子予以拘捕，并試圖改變他的思想，違背他的意愿滯留他，最后才放逐他出境回到自己的祖國。”

早在１９５３年，錢學(xué)森就研究了星際航行理論的可行性。１９５８年，中國科學(xué)院成立以錢學(xué)森為組長、趙九章和衛(wèi)一清為副組長的領(lǐng)導(dǎo)小組，負責(zé)籌建人造衛(wèi)星、運載火箭以及衛(wèi)星探測儀器和空間物理的設(shè)計、研究機構(gòu)。１９６１年６月，在錢學(xué)森、趙九章等的倡導(dǎo)下，中國科學(xué)院開始舉辦了持續(xù)１２次的星際航行座談會，錢學(xué)森在第一次座談會上發(fā)表了題為《今天蘇聯(lián)及美國星際航行火箭動力及其展望》的講演。１９６３年，中國科學(xué)院成立了由竺可楨、裴麗生、錢學(xué)森、趙九章領(lǐng)導(dǎo)的星際航行委員會，負責(zé)組織制訂星際航行發(fā)展規(guī)劃，安排預(yù)先研究課題。１９６５年１月８日，錢學(xué)森正式向國家提出報告，建議早日制訂我國人造衛(wèi)星的研究計劃并列入國家任務(wù)。錢學(xué)森指出：“自從蘇聯(lián)在１９５７年１０月４日發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，中國科學(xué)院及原第五研究院對這項新技術(shù)就有些考慮，但未作為研制任務(wù)�，F(xiàn)在看來，人造衛(wèi)星有以下幾種已經(jīng)明確的用途：測地衛(wèi)星、通訊及廣播衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星。重量更大的載人衛(wèi)星在國際上的應(yīng)用，現(xiàn)在雖然還不十分明確，也得有所準備�，F(xiàn)在我國彈道式導(dǎo)彈已有一定的基礎(chǔ)，現(xiàn)有型號進一步發(fā)展，即能發(fā)射１００公斤左右重量的儀器衛(wèi)星。這些工作是復(fù)雜艱巨的，必須及早開展有關(guān)的研究、研制工作，才能到時拿出東西。因此建議國家早日制訂我國人造衛(wèi)星的研究計劃，列入國家任務(wù)，促進這項重大的國防科學(xué)技術(shù)的發(fā)展�！甭櫂s臻元帥很重視錢學(xué)森的建議，指出：“只要力量上有可能，就要積極去搞�！保保梗叮的辏丛拢玻谷�，國防科委向中央專門委員會報告了邀請張勁夫、錢學(xué)森、孫俊人及國家科委、國防工辦專業(yè)局的負責(zé)同志和專家進行研究的結(jié)果，提出了在１９７０年或１９７１年發(fā)射我國重量為１００公斤左右的第一顆人造地球衛(wèi)星的設(shè)想。中央專門委員會于１９６５年５月４日、５日召開的第１２次會議和８月９日、１０日召開的第１３次會議，原則批準了我國第一顆人造衛(wèi)星的規(guī)劃方案，以及爭取在１９７０年左右發(fā)射我國第一顆人造衛(wèi)星的設(shè)想。錢學(xué)森為解決人造衛(wèi)星研制中的許多關(guān)鍵技術(shù)問題貢獻了智慧。譬如，在１９６６年６月下旬，第一顆人造衛(wèi)星的運載火箭“長征一號”，為解決滑行段噴管控制問題而進行的滑行段晃動半實物仿真試驗，出現(xiàn)了晃動幅值達幾十米的異�，F(xiàn)象。錢學(xué)森親臨現(xiàn)場，在討論中認定：此現(xiàn)象在近于失重狀態(tài)下產(chǎn)生，原晃動模型已不成立，此時流體已呈粉末狀態(tài)，晃動力很小，不影響飛行。后來多次飛行試驗證明，這個結(jié)論是正確的。在“文化大革命”的日子里，錢學(xué)森協(xié)助周恩來總理，為領(lǐng)導(dǎo)人造衛(wèi)星研制計劃的正常進行，發(fā)揮了特殊的作用，譬如，由于“文化大革命”，“長征一號”運載火箭試車無法進行，１９６９年７月１７日、１８日、１９日和２５日，周恩來總理連續(xù)４次召開會議，解決二級和三級地面試車問題，委派錢學(xué)森協(xié)同七機部軍管會副主任楊國宇全權(quán)處理有關(guān)試車事宜，從而得以在８月２２日取得試車成功。１９７０年，在周恩來總理的直接關(guān)懷下，錢學(xué)森、李福澤、楊國宇、任新民、戚發(fā)韌等在酒泉衛(wèi)星發(fā)射場組織實施了第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射工作。１９７０年４月２４日，重量為１７３公斤的我國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。錢學(xué)森和發(fā)射基地的領(lǐng)導(dǎo)人及試驗隊的代表在現(xiàn)場發(fā)表了熱情洋溢的講話�！拔逡弧眹�際勞動節(jié)晚上，毛澤東主席、周恩來總理在天安門城樓上接見了錢學(xué)森、任新民等參加第一顆衛(wèi)星工程研制的代表。這顆衛(wèi)星向全世界播送的《東方紅》樂曲，宣告了新中國迎來了航天時代的黎明。