聂荣臻当即说：“我深信我们的科学家、工程技术人员和基地的工作同志，都具有高度的负责精神。听了各方面的汇报，我认为，我们的设计工作做得是扎实的。我们自己研制的中近程地地导弹，已经多次试射，具有良好的可靠性，发射成功率是经得起考验的。再说，为了使我们国家的导弹能够真正成为具有强大作战威力的武器，也必须进行实弹结合试验。为了使同志们增强信心和使各项工作力争做到万无一失，我决心到现场去主持这次试验。”然后，他以恳切的目光紧盯着周恩来。周恩来满意地点点头，因为，他对这位共事40多年的战友和部下太熟悉了，确实是位最合适的人眩于是，微笑着说：聂总如身体好，到现场去也好，亲临现场，鼓励士气。临了，周恩来讲了一句极富哲理的话：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。4天以后，周恩来、聂荣臻、叶剑英就这次重要的试验，驱车来到钓鱼台宾馆，向毛泽东作了详细汇报。毛泽东批准了这次试验。任务就这样定下来了。
10月25日上午9时30分，聂荣臻从西郊机场登上军用专机，经过3个多小时飞行，到达西北综合导弹试验基地的飞机常下午，又乘专用火车到达基地办公区。稍事休息，即召集钱学森、二机部副部长李觉、国防科委副主任唐延杰、张震寰、基地代司令员李福泽等汇报准备工作情况。他着重询问了核导弹飞行中发生意外时安全自毁系统的情况如何？回答是：这一系统已经模拟试验过多次，均获得成功；现用的这套装置，经全面测试，各项参数全部合格。他又仔细询问了核导弹飞行经过地区居民的安全情况，得知居民已进行了必要的疏散。有关单位还就近准备了许多汽车和救护分队，万一发生意外，可以紧急将群众转移到安全地区或进行救护。核武器试验基地，就这次核导弹弹着区的安全防护问题，也已经拟定了各种有效的预案。得到了这些满意的回答，聂荣臻这才宣布结束汇报。
第二天上午，聂荣臻先到地地导弹准备阵地，了解导弹准备状况。后来，又到现场了解核弹头的准备状况。在向专家们仔细询问后，确信准备工作是令人满意的。于是，他下令将地地导弹和核弹头转运至发射阵地。下午，他又赶到发射阵地，鼓励专家和工程技术人员进行“两弹”对接和通电试验。
这是项最危险的工作，人们劝聂荣臻离开。他干脆拿把椅子坐下，并说“你们什么时候对接通电完，我就什么时候离开”。聂荣臻的言行，令在场的人深为感动，也极大地鼓舞了现场操作的科技人员。对接通电完，应大家的要求，聂荣臻高兴地与在场的专家、工程技术人员、领导干部和其他工作人员一起，在中国第一枚核导弹前合影留念，留下了珍贵的历史镜头。再过10几个小时，也就是27日上午，核导弹就要发射了，大家的心情激动而又紧张。晚饭前后，聂荣臻注意到了周围的人员，话很少，表情严肃。
于是，他有意在这天晚上把主要专家、工程技术人员、领导干部请到一起，看电影《奠边府战役》。临散场，还嘱咐大家松弛松弛，睡好觉，养精蓄锐，好迎接明天的战斗。
发射时间预定在27日上午9时。聂荣臻8时整就赶到指挥所指挥发射。
正当各项准备工作紧张进行之际，临发射前15分钟，突然传来电讯，核导弹预定弹着区高空出现了一股预报之外的强风。怎么办？聂荣臻想到了“要百分之百保证”7个字，立即拿起电话，请示周恩来。
周恩来的回答是斩钉截铁的：“一切由你在现场决定。”
聂荣臻沉思了一会儿，离预定的发射时间还剩10来分钟，大家的目光都集中到他身上。指挥中心的大厅内静得出奇，没有一点响声，一切似乎已经凝固，只有倒时计数的闪光亮点，在仪器上不停地跳动，催促着聂荣臻早下决心。
聂荣臻是最讲科学的，他与在场的专家紧急磋商了一下。几分钟以后，聂荣臻重又要通了周恩来的电话，陈述了按原计划发射的理由：这股意外的高空风约6级左右，风向西南，而且比核弹头预定爆炸点要高得多。弹着点可能有些偏移，但不会超出允许的公算偏差之外。核爆炸的烟尘，不会影响到核试验基地工作和生活区的安全。周恩来表示同意。准备发射的指令，从指挥中心传向四面八方。
9时许，核导弹喷射出的橙黄色的火焰，伴随着巨大的轰鸣声，飞离发射架，直指苍穹，渐渐地消失在人们的视野之外，只有雷达的电波仍在严密地监视跟踪着它。
时间一秒一分，一分一秒地过去了，显得那样漫长。导弹发射现场所有的人，都在紧张地企待着。终于，若干分钟以后，从弹着区传来了核导弹于9时9分14秒精确命中目标区，在预定高度实现核爆炸的消息。聂荣臻长长地吁了一口气，摘下墨镜，眼神和脸上流露出发自内心的喜悦。因为他清楚，这一胜利，在中国国防科研和建军史上具有划时代的意义。指挥大厅的人们纷纷走来，他微笑着与大家握手，然后脱下防护服，走出指挥大厅，向欢呼雀跃的人群挥手致意，共庆胜利。晚上，在基地庆祝大会上，聂荣臻代表中共中央、国务院，中央军委，毛泽东、周恩来，向全体参试人员表示亲切的慰问和热烈的祝贺。他强调指出：“这次试验，是在过去导弹和核弹头分别试验的基础上进行的一次综合性的更高级的试验，是检验战斗实用性质的试验。试验结果，证明我们的设计是成功的，水平是不低的，质量也很好……还初步摸索了这种战略性武器的综合使用性能，对今后部队的装备、训练、战斗使用，基地建设，都提供了许多有益的经验。”
10月27日，《人民日报》号外以套红大字标题，发表了中国发射导弹核武器试验成功的消息。消息指出，中国在本国国土上，成功地进行了导弹核武器试验。导弹飞行正常，核弹头在预定的距离，精确地命中目标，实现核爆炸。消息传出，举国上下，无不受到巨大的鼓舞。
10月31日，为检查这次导弹核武器试验的效应情况，聂荣臻第一次来到西北核试验基地。他让飞机先到弹着区上空转了一圈。从机上往下看，由于这次核试验是在高空爆炸的，地面弹着区的巨大白十字标记仍非常清晰，布置的效应物受破坏的状况，也大致依稀可辨。聂荣臻感到自豪，让随行人员也注意观看。11月3日，他又从核试验基地乘飞机赶到弹着区，检查了这次试验的效应详情，向在这里以大无畏的自我牺牲精神冒着巨大风险参加试验工作的英雄们，表示了亲切的慰问和敬意。在这里，聂荣臻发表了热情洋溢的讲话。他借用周恩来的话说：我们爆炸的是物质的原子弹，但它产生的巨大威力，却来自不知要大多少倍的精神原子弹。他又说：这次试验，响在罗布泊场区，但却打在帝国主义和各国反动派的心上。这几天，西方通讯社报道说，中国导弹核武器试验是世界“特等重大事件”，“好像亚洲上空的一声巨雷，震撼了全世界”，“中国已经在世界核技术竞赛中，超过了英国、法国，成为世界第三个原子超级大国”，“中国闪电般的进步，对西方来说，是神话般地不可思议”。聂荣臻接着激动地说：“我们已经做出了我们前人所不敢想象的伟大事业，我们一定要做出更加伟大壮丽的事业！”
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