几天以后，聂荣臻在科学规划委员会第四次扩大会议上讲话，进一步强调了中国在科研工作中各方面大协作的重要性。他说：“我国统一的科学研究工作系统，是由中国科学院、高等学校、中央各产业部门的研究机构和地方研究机构四个方面组成的。在这个系统中，中国科学院是全国学术领导和重点研究的中心，高等学校、中央各产业部门的研究机构（包括厂矿实验室）和地方所属的研究机构，是我国科学研究的广阔的基地。”“科学研究工作必须有适当分工，但更重要的是必须强调协作。”
对聂荣臻的这次讲话，新华社在1957年6月13日的电讯中说：“国务院科学规划委员会第四次扩大会议在北京举行。委员会主任聂荣臻在会上讲话：中共中央和国务院对科学界反映出来的许多重大问题已经或正在逐步解决。关于曾经在科学界引起争论的科学体制问题，广泛地征求了各方面的意见以后，大体上取得了一致的认识。”新华社通讯接着用引号引用了聂荣臻前述讲话中关于中国科研工作系统是由“四个方面组成的”那段话。
经过近两年的实践，聂荣臻深感全国科学技术工作的高度复杂性，迫切需要建立一个集中统一的强有力的组织领导机构。1958年10月，他向中央建议，将国务院科学规划委员会与技术委员会合并，组成中华人民共和国科学技术委员会（简称国家科委）。11月，中央批准了这个建议。国家科委由聂荣臻兼主任；副主任为韩光、刘西尧、张有萱、范长江、武衡，不久又增加了张劲夫（仍兼中国科学院的工作）。国家科委机关工作人员共200多人，设16个厅、局。
聂荣臻在与各位副主任和有关负责人研究后，确定国家科委的基本任务是：1.深入研究科学技术方面的方针、政策，为中央决策提供依据；2.制定和检查科学技术工作的规划、计划；3.组织各有关单位对重大科技项目和科研任务的合作协调，鉴定和推广技术上的发明创造和科研成果；4.加强对全国科技干部的培养和使用工作；5.科技方面的计量、标准化工作的统一管理，6.提供情报资料、化学试剂、仪器仪表等科研保障条件；7.开展与外国的科技合作和交流活动。
至此，聂荣臻一人身兼中央科学小组组长、国家科委主任、国防科委主任。他在中共中央、中央军委的领导下，建立了对全国科技事业的集中统一的领导机制。实践证明，这对全国科技工作，从规划、计划的制定、报批、检查，到科研任务的确定，科研人员、物资、经费的管理分配，组织全国大协作等等，决心下得快，步调一致，较大地提高了领导机关的工作效率，促进了全国科技事业的发展。
1958年9月，报经中央批准后，聂荣臻在中华全国自然科学专门协会、中华全国科学技术普及协会全国代表大会上的讲话中宣布：为了更有利于实现知识分子和工农群众相结合，科学技术和生产实践相结合，普及与提高相结合的方针，决定将上述两个组织相合并，组成中华人民共和国科学技术协会（简称“科协”），统一管理全国的科学技术普及宣传工作。“科协”的成立，是加强中国科学事业统一领导的又一项重要措施。
从“二黄一张”的争论中，聂荣臻深感人才不足是阻碍中国科技事业发展的主要原因。解决的办法，除了加速培养人才而外，就是组织全国大协作。
也就是加强国防科研系统、中国科学院、高等院校、中央产业部门的研究机构、地方研究机构的建设与相互协作。
1957、1958年，聂荣臻经常提到中国科学院的“火车头”作用问题。
1957年2月，他在与范长江、李强、王顺桐、蒋南翔等人谈话时说：中国科学院不能什么都搞，要有重点，要像火车头拉车厢那样带动科学事业的发展。
4个月以后，他又对科学家们说：“我国有一个拥有必要的科学研究机构的国家科学院是完全正确的，是合乎世界科学发展总的趋势的。中国科学院不仅是科学家的荣誉组织和全国学术领导的中心，而且是实际从事重点科学研究工作的地方……国家必须在中国科学院所担负的重点任务上，积极予以支持。使中国科学院逐步形成一支坚强的科学队伍，使它在科学的若干主要的部门内，真正担当起突破阵地，开拓新的科学领域的任务。”在聂荣臻的大力支持下，中国科学院的研究机构与研究工作，都较快地逐步得到发展。到1962年，科学院的研究所由40几个增加到100多个，成为中国科技事业攻关的最重要的方面军之一。
对于高等院校，聂荣臻认为它不仅是培养人才的主要场所，而且也是重要的科研基地。1957年6月，他在科学规划委员会第四次扩大会议的讲话中说：“高等学校的科学研究工作，必须积极提倡，大力加强。教学和科学研究同样是高等学校的基本任务，两者不可偏废。这不仅是科学研究工作本身的需要，而且是提高教学质量的基本方法。”
从50年代起，大批有条件的高等院校都积极承担科研任务。聂荣臻的讲话传达后，更进一步调动了高等院校参与科学研究的积极性。像北京大学、清华大学、复旦大学、兰州大学等高等院校不仅设立了核物理、放射化学、数学力学、电子技术、光学、精密仪器等新技术专业，为科研事业培养急需的人才，还承担了大量民用、军用的高精尖专业方面的研究课题，取得大批成果。
1958年5月9日，鉴于培养科技干部的迫切需要，中国科学院向聂荣臻建议创办中国科技大学，以解决国内各大学一时还难以培养的尖端性学科的科研人员，如核子物理、超音速空气动力学、超高频技术、地球化学、高空大气物理、射线生物学、半导体技术等专业的人才。5月21日，聂荣臻在给中央书记处的报告中说：“中国科学院拟办一大学，我认为是可行的。昨与恩来同志面谈时，他也很赞成……请中央同意批准，以便立即筹备暑假招生。”6月2日邓小平批示：“书记处会议批准这个报告，决定成立这个大学，校舍另议。刘（少奇）、周（恩来）、陈（云）核阅后，退荣臻办。”
上述领导都圈阅同意。
聂荣臻接到批示后，要张劲夫“即办”。在聂荣臻的支持下，学校教室、实验室、运动尝宿舍等问题一一迎刃而解。当年9月，中国科技大学正式开学。这是何等高的速度！中国人民大办科学的心情是何等的急迫！
为加速培养国防科研所需的人才，1961年1月以后，中央和军委先后批准将北京航空学院、北京工业学院、哈尔滨工业大学、成都电讯工程学院、西北工业大学、南京航空学院、上海交通大学、太原机械学院、西安军事电信工程学院、南京炮兵工程学院、哈尔滨军事工程学院划归国防科委领导。
1961年1月11日，聂荣臻在国防高等院校座谈会上的讲话中指出：“我们能不能培养出大量的又红又专的优秀科学技术干部。是我国发展国防工业和国防科学技术的一个根本问题，具有特别重要的战略意义。”军队和地方的大批高等院校，积极为科技事业培养人才，参与许多科研项目的协作攻关，成为科技战线上又一个重要的方面军。
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