1964年10月16日，中国第一颗原子弹爆炸成功后，西方一些军事情报部门认为爆炸的不过是个原子装置，美国国防部长甚至断言：中国5年内不会有原子弹的运载工具。有西方记者说：中国是“有弹没枪”。然而，美国等西方国家又一次低估了中国人的能力，他们绝对没有想到，中国早在原子弹试验成功前的三个月，就已经有了中近程弹道导弹。对于导弹，聂荣臻倾注了更多的心血。1960年，五院成功仿制了苏联提供的、射程为590公里的近程导弹，这就是“东风一号”。
我国第一颗原子弹于1964年10月16日在西部地区爆炸成功。
“东风一号”导弹虽然是按照苏联图纸制造的，但是所用的材料全部是国产的，这是中国有史以来第一次发射导弹，聂荣臻非常重视，亲自赶到第一线指挥。他于 1960年11月4日到达酒泉发射基地。他抚摸着那枚代号为“1059”的导弹墨绿色弹体，叮嘱道：这是一枚争气弹，一定要打好!11月5日清晨，聂荣臻在张爱萍、赵尔陆、钱学森等人的陪同下，来到距离发射阵地5公里的指挥所。9时整，随着一声巨响，大地颤抖起来，10分钟后，导弹准确地命中550公里外的预定目标区。这是苏联单方面撕毁中苏《国防新技术协定》后，在天灾人祸面前，中国人民在国防科技方面取得的第一个重大成就。当天晚上，在简陋的基地食堂内，聂荣臻向基地的工程技术人员和干部们敬酒表示祝贺。他说：在祖国的地平线上，第一次飞起了我国自己制造的导弹……这是我国军事装备史上的－个重要转折点。后来，我国又成功试射了两次“东风一号”，都获得成功，这标志着中国已经初步掌握了导弹制造技术。
一年零四个月后，五院自行设计的中近程导弹生产了样品，这种射程为1200公里至1500公里的导弹，被命名为“东风二号”。谁知意外的事情发生了，导弹起飞后，仅仅飞行了69秒就坠毁了。
“聂老总，我们没有干好，对不起国家！”钱学森难过地说。“这次没有干好，下一次会干好的，我相信你们！”聂荣臻对钱学森等人说。他还说，失败了，要重在总结经验教训，不要追究责任。他还重申，技术上由钱学森当家。钱学森听后很感动，他意识到自己的担子更重了。
重新修改设计后的“东风二号”导弹，经过17项大型的地面试验，105次发动机试车，于1964年6月29日全程试射成功。后来，又连续发射了两次，均获得圆满成功。在此之后，钱学森见到聂荣臻时，高兴地说：如果说，两年前我们还是小学生的话，现在至少已经是中学生了。
装到导弹上的核弹头，比起核航弹来说，体积和重量都要大大缩小，在环境条件方面，要求也更加复杂苛刻，研制难度很大。聂荣臻提议这项工作由钱学森、钱三强共同主持。经过二机部和七机部科学家的共同努力，仅仅用了一年多时间，就解决了导弹和核弹头结合的问题。这中间聂荣臻做了多方面的协调工作。
核导弹虽然研制出来了，但要作为一种武器，还必须经过试验，就是说要引进“两弹结合”的实弹试验，而这种试验危险性太大，稍有不慎，打偏了，后果不堪设想。最后，聂荣臻决定到现场主持试验。周总理对此非常满意，高兴地说，有聂老总亲自去主持，我们就放心了。
1966 年10月20日，在人民大会堂福建厅，周恩来总理主持召开了最后一次中央专委会议，在讲了上述一番话后，他说：精神的原子弹转化为物质的原子弹，物质的原子弹证明精神原子弹的威力。聂荣臻记住了这句话，在以后的岁月里，他多次提起这句话。他说，周总理总结得太好了。
这年10月24日，聂荣臻去钓鱼台向毛主席汇报了试验的准备工作。当他汇报到“两弹结合”试验的准备工作已经就绪时，毛主席高兴地说：谁说我们中国搞不出导弹、核武器？现在不是搞出来了吗？
最后，毛主席批准了这次试验，同意聂荣臻到现场主持。他还特别关照说：这次试验可能打胜仗，也可能打败仗，失败了也不要紧。
1966年10月25日上午，聂荣臻从北京西郊机场飞往酒泉导弹试验基地，这时，他已经是67岁的老人。到了现场，聂荣臻仔细地检查相关工作的准备情况。
这天下午，聂荣臻批准把核弹头运到导弹发射阵地进行对接和通电试验，他来到导弹发射架下亲自坐镇指挥。“两弹”对接、通电，是最危险的工作，人们劝他离开，他却拉来一把椅子坐下来，说：“你们不怕危险，我有什么可怕的！你们什么时候对接、通电成功，我什么时候离开。”
他的话极大地鼓舞了在场的人们，整个对接、通电工作很成功。随后，他在导弹发射架下与大家合影留念。
又过了十几个小时，聂荣臻来到发射场附近的指挥所现场指挥，一切准备就绪后，他突然接到远在新疆的核试验基地报告：核导弹的预定弹着区3000米高空出现了一股6级至7级的强风。
强风会不会使导弹核武器偏离弹着点？是按时发射，还是推迟发射？他打电话请示了周总理。
“一切由你在现场决定！”周总理果断地说。
这时离预定的发射时间还有十几分钟，现场所有人的目光都集中在聂帅身上，寂静的大厅里，只有倒计时数的闪光亮点，在仪器上不停地闪烁。聂荣臻与在场的专家们紧急研究了一下，得出的结论是：影响不大。他又接通了周总理的电话，陈述了按原定计划发射的理由，周总理表示同意。惊心动魄的时刻到来了。9时整，核导弹喷射着橙黄色的火焰，伴随着巨大的轰鸣声拔地而起，渐渐消失在天边。不久，从罗布泊的弹着区传来消息：核导弹用9分14秒时间命中目标，在预定的高度实现核爆炸。这次发射的成功，在中国国防科研和建军史上，具有划时代的意义。
事后，聂荣臻在给毛泽东、周恩来的报告中说：“在自己国土上用导弹进行核试验，并且一次就百分之百地成功，这在国际上是一个重大创举。从第一次核爆炸到小型化核弹头，美国用了13年（1945年至1958年），苏联用了6年，我们只用了2年。”
“两弹”结合试验的成功，标志着我国有了可以用于实战的导弹核武器，就在这一年，我国组建起了战略导弹部队——第二炮兵。
在“两弹”研究秘密进行的同时，中国的氢弹研究工作也在夜以继日地进行。1966年12月28日12时整，中国成功爆炸了一颗氢弹装置。
1966年10月，聂荣臻（右二）与钱学森（右一）主持核导。
1966年10月27日，“两弹”结合首次试验成功，意味着我国拥有了可以用于实战的核武器。图为试验成功后，聂荣臻和钱学森等人在罗布泊试验场合影。
蓝天上的“中国星”
20世纪50年代末，中国的原子弹、导弹的研制还在起步阶段时，卫星就被提上了议事日程。这主要取决于毛泽东的决心。
1957 年10月4日，苏联把一颗重184磅、名为“伴侣一号”的金属球，用运载火箭送上了距地球表面一定的高度。这是人类向太空发射的第一颗人造卫星。苏联卫星上天后不久，毛泽东赴莫斯科参加各国共产党和工人党代表会议，他在机场发表了热情洋溢的讲话，祝贺这项伟大成就。11月2日，苏联第二颗卫星又上了天，当时，毛泽东还在莫斯科，他对赫鲁晓夫说：
“好，你们又一颗卫星上了天，真了不起！美国吹得神乎其神，为什么连一个山药蛋都没能抛上去呢？这个意义很大，说明社会主义制度的优越性！”直到1958年1月，美国才发射了第一颗人造卫星。
1958年5月17日，毛主席在中共八大二次会议上说，我们也要搞一点人造卫星。他还说，我们要抛就抛大的，也许要从较小的抛起，但像美国那只有鸡蛋大的，我们不抛。
毛泽东发话了，聂荣臻作为主管全国科技工作的副总理，就得抓紧落实。中共八大二次会议刚结束，聂荣臻便召集会议，听取钱学森关于探空火箭、人造地球卫星、洲际导弹的研发报告，协调五院与中科院的分工。讨论中，钱学森提出研制卫星分三步走：第一步研制探空火箭；第二步用中远程火箭发射一颗卫星：第三步以原子能为动力的火箭，发射性能更先进、更重、更大的卫星。对于这个设想，聂荣臻积极支持，按照他的要求，这年8月份，中科院成立了“581小组”，负责协调和计划研制人造地球卫星的工作。所谓“581”，表示研制卫星是中科院1958年的头号任务，由钱学森任组长，赵九章、卫一清任副组长。这年8月20日，由聂荣臻签署的《关于12年科学规划执行情况的检查报告》，向中共中央正式提出研制人造地球卫星的建议。
从此以后，中科院加快了成立卫星运载火箭及总体设计院的工作。同年11月，经聂荣臻批准，这个设计院迁往上海，组建起了中科院上海机电设计院，专门从事人造卫星的研制工作。1960年2月，上海机电设计院自行研制成功“T-7M”型液体探空火箭，这是中国人自行研制出的第一枚探空火箭。这年4月18日，聂荣臻在张劲夫、郭沫若、钱学森等人的陪同下，冒雨观摩了“T-7M”型液体探空火箭的热试车，他对研制火箭发动机的专家们给予了热情鼓励。
5个月以后，重量达1138公斤、飞行高度为60公里、携带25公斤气象探测仪器的第－枚“T-7M”型高空气象火箭，在安徽广德县山区发射成功，这是中国人在人造卫星研制中取得的第一个重要成就。后来，由于经济困难，苏联单方面撕毁协议，在国防尖端研究项目缩短战线的政策调整中，中国的卫星研究渐渐淡出了人们的视野。此后，随着中国的地对地弹道导弹、原子弹先后研制成功，沉默许久的卫星又提上了议事日程。
1965年初，著名地球物理学家赵九章向周总理递交了一份关于尽快规划中国人造地球卫星的建议，引起周总理的关注。差不多同时，钱学森也写了一份建议书。他认为，人造卫星应该重新上马。1965年初，聂荣臻看了钱学森的建议后，作了如下批示：“我国导弹必须有步骤地向远程、洲际和人造卫星发展，这点我一直很明确……我意请张爱萍邀钱学森、张劲夫等有关同志座谈一下，只要力量上有可能，就要积极去打……”根据聂荣臻的意见，国防科委对研制卫星进行了可行陛论证，并将论证结果报告给中央专委。
这年5月，中央军委批准了国防科委的报告，随即将研制卫星列入国家计划。在这之后，聂荣臻进行了各种组织协调工作，第一颗人造卫星进入工程研制阶段后，中央专委决定将其命名为 “东方红一号”，代号为“651任务。卫星上马后不久，“文化大革命”开始，这项工程的进展受到极大的干扰。聂荣臻那时候紧盯着“两弹”结合试验，盯着氢弹，他还盯着核潜艇和卫星。
有一次在视察完马兰核试验基地卫星后，聂荣臻飞往酒泉，同导弹试验基地的负责人商量卫星的事情。聂荣臻说，现在科研机关和北京的研究院都乱了，为了不影响卫星的发射试验进度，卫星地面观测站、台的筹建工作要交给你们基地管。那位负责人听了，表示有难处。钱学森说：科学院的人现在正忙于搞“文化大革命”运动，北京没有办法安安静静地搞，按照目前的这个样子，恐怕一年半载都难以走上正轨。聂荣臻说，不管遇到多大的困难，我们的人造卫星发射试验一定要如期进行。
在这之后，东风导弹试验基地成立了卫星测量部，统一负责全国卫星测量台站的规划、建设以及建台后的使用管理。这样，从事卫星测控研究和从事火箭、导弹靶场测控工作的两支队伍汇集在一起，在混乱的年代里开始了卫星测量控制网的建设。为了减少“文化大革命”对国防尖端科研项目的冲击，1967年3月，聂荣臻建议中科院承担的国防科研任务和机构，由国防科委实行军事接管。这个建议得到毛主席的批准，正是这个决定，使我国的卫星研制工作在混乱的年代中得以坚持下来。1970年4月24日，重达173公斤的“东方红一号”卫星发射升空，中国成为世界上第五个成功发射卫星的国家。
聂力说：
有天晚上，天空晴朗，我陪同父亲在院子里散步。仰望着从北京上空划过的“东方红一号”，父亲喃喃地说：“这颗卫星，本来可以早一点上天的……”
