在氫彈的研製過程，周恩來為大家製定了工作指導方針：“嚴肅認真，周到細致，穩妥可靠，萬無一失。”這十個字充分體現了周恩來一再強調的要“保證產品的高質量”和“絕對保證安全”的思想。他還製定了一係列指導方針，其最重要的是1965年3月20日專門委員會議上他提出的“我們反對核訛詐和核威脅，不主張搞幾百次核試驗，因此我們的核試驗都要從軍事、科學、技術的需要出發，都要做到一次試驗全麵收效”。按照這個方針，我國從1964年10月到1987年6月的近23年時間裏，隻進行了33次核試驗，而美、蘇幾十年來分別進行了800多次和600多次核試驗。
1967年6月17日，我國成功地進行了一次300萬噸級的空投氫彈試驗，提前實現了原定的1968年進行氫彈試驗的目標。從原彈到氫彈，是一個質的飛躍。實現這個飛躍，我國用了兩年零八個月，與美、蘇、英、法比，速度是最快的，技術水平也比美、蘇首次試驗的氫彈水平高。
以周恩來為首的專門委員會，最初隻管核武器研製：1964年開始也管航天事業了。第一顆原彈爆炸成功後，周恩來要以此帶動尖端事業的全麵發展，並把專門委員會的工作轉移到戰略導彈和人造衛星上來。他說：“下半年重點抓戰略導彈。要從東風二號抓起。”對於原彈，他指出：要加速小型化，我們要真正製止核訛詐，就必須有自己的真正核威懾力量。在當時，要真正具有核威懾力量，核彈就必須能裝在導彈上，否則是不行的。1966年10月27日，我國進行了原彈和導彈結合的試驗，導彈裝上真的核彈頭，在自己國內從發射場打到降落地。聶榮臻親自指揮了這次試驗，試驗獲得了成功。
周恩來又提出：“兩彈結合進展順利，接著要抓戰術導彈（地空、海防）。”這也是他的用突破戰略武器來推動發展戰術武器的思想。專門委員會的第十三次會議上，確定了戰略、戰術導彈共有十幾個型號。周恩來進一步明確工作重點，指出戰術武器的研製工作，“要為地空導彈讓路”。在1965年12月29日至31日的第十四次專門委員會議上，周恩來還明確提出要求說：“明年是導彈年，要有收獲”，“明年程、高空、核彈頭，有對空的、對航的、低空的，後年要出更大成果。”到1967年9月，我國防空部隊終於用自己國產的新型地空導彈，把改進了的美國高空偵察機擊落了下來。
也是在這期間，專門委員會原則批準了研製攻擊型潛挺。
原彈、氫彈、導彈、人造衛星的成功，是周恩來關於我國科學技術發展的正確思想在科學實踐的豐碩成果。這項工作，我國是從零開始的。錢學森說過：“大家想一想，假使國沒有原彈、導彈，那國是什麼國際地位？”
周恩來對每次核試驗、導彈試驗和發射人造地球衛星，都要親自聽彙報，找專家谘詢，仔細檢查各方麵的準備工作，要求把各種不利或意外因素都考慮到，采取最可靠的保險措施。他語重心長地告訴大家：核試驗關係重大，絕不能有一絲一毫馬虎，我們國家窮，做什麼事，都要考慮到，略有失誤，都會加重人民的負擔。正是由於貫徹了周恩來的指示，我國的“兩彈”試驗和外國相比，事故最少，傷亡最小，成功率最高。後來，1970年7月，核動力陸上模式堆運行試驗準備就緒，央專門委員會進行討論時，周恩來著重審查了啟動運行的安全問題，井指出這是核動力的起點，也是奠定核電站的基礎。這年11月的一次專門委員會會議上，他提出我國發展核電站應當遵循“安全、適用、經濟、自力更生”的方針。1974年三四月間，他帶病最後一次主持專門委員會會議，審查並肯定了上海的核電站建設方案。
我國的國防科研和國防工業，能夠獨立自主地順利發展，十年動亂的嚴重破壞下也沒有斷，並為大規模地發展科學技術創造了具有國特色的成功經驗，這是和周恩來的親切關懷與正確領導分不開的。