消息传到聂荣臻这里，他知道这种时候气可鼓，不可泄，没有显出失望的样子。虽然，他是十分希望试验成功的。聂荣臻让秘书要通了张爱萍的电话，对他说：“我们既然是试验，就有失败的可能性，不能都是一次成功。
这次失败了，下次有可能成功，多总结总结经验。爱萍呀，告诉下面，一定不要追查责任。”10天以后，也就是1962年3月31日，聂荣臻在听取钱学森等汇报这次试验失败的过程时，他看出钱学森心情沉重，安慰他说：“这是很重要的一课，试验本身就包含着成功与失败两种可能，失败了重在总结经验教训，不要追究责任。”钱学森说：“我是技术总负责人，要负责任。”
聂荣臻说：“不能这么说，这与贯彻技术责任制不是一回事。”4月9日，聂荣臻又在国防科委研究精简机构等问题的会议上指出：前不久自行研制的中近程导弹试验失败，是好事，不是坏事，证明我们在仿制型号上下的功夫还不够，“三字经”不念是不行的。钱学森和导弹研究院的科技工作者听到聂荣臻的这些话，许多人的懊丧心情被征服困难的坚强决心所代替，他们急切地要打一场硬仗，展开了更加扎实的研制工作。1964年6月，终于使这种导弹上了天。
与导弹研制同时进行的是原子弹的试验研究。1964年4月11日，周恩来召开了第八次中央专委会议，决定第一颗原子弹装置爆炸试验采用塔爆方式。要求在9月10日前，做好一切准备工作。中央专委提出的口号是“保响、保测（测到各项试验数据）、保安全，一次成功！”同年6月，原子弹理论研究已攻克了所有难题。而且，还成功地进行了一次1比2核装置的爆炸试验和一次全尺寸的模型爆炸试验。这样，在中国核武器研制时间表上，第一颗原子弹的爆炸试验被安排在1964年10月。
张爱萍、刘西尧遵照周恩来的指示，于6月进入核试验常8月中旬，中央专委决定，成立了以张爱萍为主任、刘西尧为副主任，由有关各方专家和领导干部68人参加的首次核试验委员会。著名核科学家朱光亚、程开甲是委员会成员之一。9月，张爱萍、刘西尧回京向周恩来等汇报首次核试验准备工作的进展情况。9月19日、25日，张爱萍、刘西尧两次来向聂荣臻汇报。
前方对首次核试验的准备工作做得很充分，胜利在望，聂荣臻极为欣慰。
10月8日，王涂昌、郭永怀、彭桓武、邓稼先等核科学家来到核试验基地，按试验委员会提出的要求，在技术工作上进行了最后一次总检查。
1964年10月14日19时20分，原子弹安全吊上矗立在罗布泊附近的铁塔上。这座塔高102米，顶端有一个纯金属的小屋。中国原子弹的第一个婴儿就安放在里面。
1964年10月16日15时整，中国的第一颗原子弹爆炸试验成功。
这一天，周恩来在中南海西华厅的办公室里，指挥核试验。聂荣臻则在办公室里，聚精会神地紧盯着专线电话。张爱萍通过二机部办公楼刘杰部长的办公室，与周恩来、贺龙、聂荣臻、罗瑞卿保持联系。
当电话里传来了中国第一颗原子弹爆炸试验成功的消息时，聂荣臻高兴极了，立即要通了周总理的电话。两人在电话上互相表示热烈的祝贺。打完电话，他随即要秘书起草贺电：爱萍、西尧同志：消息传来，甚为兴奋，特向你们并通过你们向全体参加这一试验工作的同志们，致以热烈的祝贺。
聂荣臻1964年10月16日15时30分核爆炸试验成功后，知情人都在兴奋之余，表示焦急。这么天大的喜讯，为什么不早点公布，让全国人民也分享这胜利的喜悦？身边的工作人员不解地问。聂荣臻说：“刚才与总理通了电话，总理说，毛主席指示，我们先不忙公布，要等外电报道证实以后再公布。”由于中国一开始就提出了原子弹试验的高标准要求，所以第一颗原子弹的试验结果，达到了相当高的水平。指挥部根据各种数据计算得出的结果是，这颗原子弹的爆炸威力达到了2.2万吨TNT当量。
不多久，西方各大通讯社对此纷纷作了报道。美国也侦察到，中国在西部地区爆炸了一颗万吨级原子弹。深夜23时，中央人民广播电台才广播了中国第一颗原子弹爆炸成功的消息。《人民日报》随即散发了套红大字的号外。
第二天一早，当工作人员把《号外》送到聂荣臻手里的时候，他边看边高兴地说：“这张《号外》留下，留下，留作纪念！”
成功地实现了首次核爆炸，下一步就是把能用于飞机投掷的原子弹研制出来。这项工作进展比较顺利，只用了7个月就完成了。1965年5月14日，核航弹试验取得圆满成功。从此，中国有了可供实战用的原子弹。
导弹，是核弹头最有利的运载工具。装有核弹头的导弹核武器，成为现代战争中最强有力的威慑性武器。很明显，中国也要拥有这种威力强大的武器，才能有效地打破帝国主义国家对中国的核讹诈。所以，当中国的中近程地地导弹、原子弹的研制都在顺利进展的时候，1963年7月，聂荣臻在听取张爱萍等汇报时指出：中国的原子弹没有搞仿制，完全是自己搞的，这是个好处，下一步要研制与导弹配套的核弹头。7月，他又对五院领导人说：中国自行设计的中近程和中程地地导弹，生产数量上要与二机部的核弹头配套。这些都说明，在研究和制造尖端武器方面，聂荣臻坚定地贯彻了中共中央关于“起点要高”的指示。
导弹核弹头比起核航弹来，在体积和重量上都要大大缩小，在所经受的环境条件上，要求更加复杂和苛刻，研制起来难度很大。广大核科研人员排除“文化大革命”初期的干扰，不怕困难，坚持不懈。经过一系列的努力，到1966年9月，中国终于有了装有核弹头的地地导弹。核导弹是研制出来了，但要作为一种武器，还必须经过实践检验才行，也就是要进行“两弹”结合的实弹试验。尽管在此之前，中国已经多次成功地进行过模拟核弹头的导弹飞行试验，但要在自己的国土上，真刀真枪地试验导弹核武器，这个决心是很不容易下的。
1966年9月5日，聂荣臻召集有关单位负责人会议，听取了“两弹”结合试验的准备工作情况汇报。聂荣臻说：“这个试验一定要搞下去，不能因为‘文化大革命’而停下来，要防止有些人思想不集中，而影响产品质量，导致试验失败。”
1966年10月20日，周恩来主持召开了中央专委会议。在这次会议上，大家一致认为，这次试验要冒极大的风险，万一核弹头在发射场爆炸，或发射后中途掉下来，或偏离弹着区，都将造成不堪设想的后果。因此，试验只许成功，不能失败，而且只能进行一次。任务是艰巨的，执行任务时的危险性也是显而易见的。周恩来叫大家提出困难和可能发生的问题，他都一一做了细致周到的安排。然后，语重心长地说：要百分之百地保证，百分之百是指一切检查结果都没有问题了。二机部、七机部（即原五院）、国防科委，从今天起一心一意抓好这件事，在10天或更多的时间内，要做到“一心无他”。说到这里，周恩来停顿了一下，环顾四周，好像在问，谁去主持这次要求万无一失的试验呢？
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