美國在日本的長崎、廣島投擲兩顆原子彈，讓世界真切看到了原子武器的毀滅力量。2002 年，美國解密了 41 份絕密文件，文件清楚地表明美國政府曾多次企圖對中國發動核突襲。朝鮮戰爭期間，裝有原子彈的導彈一度運至日本衝繩島，美國人揚言要將核武器當作普通炸彈來用。國際輿論稱自廣島、長崎被毀後，沒有任何一個國家像中國一樣臨近核威脅。而當時世界核物理方麵的情況是這樣的：1941 年 5 月，日本就開始研究原子彈，但跑遍日本和朝鮮，也沒找到可供開采的鈾礦。德國製造原子彈的計劃也因其他國家的阻撓而完結。隻有美國可以成噸地生產核原料。
鄧稼先就是在這樣的背景下，於 1958 年 8 月開始出任二機部九院理論部主任。理論設計，是製造原子彈的龍頭。那天，鄧稼先接受任務時第一個反應就是“我行嗎？”這時的理論設計小組隻有鄧稼先和幾個剛畢業的大學生，而美國第一顆原子彈的科研隊伍僅諾貝爾獎得主就有 14 人。
1957 年，《中蘇國防新技術協定》簽訂，蘇聯表示援助中國研製原子彈，中國用農產品交換蘇聯的教學模型和圖紙資料，中國人充滿期待，希望在蘇聯的指導下縮短研製周期。但事實上，即使在常規武器上，蘇聯也隻允許中國人仿製他們將要停產的武器裝備。鄧稼先的工作任務是向蘇聯專家學習原子彈的設計理論，但蘇聯專家隻是指定了 14本專業書籍，這就好比將鄧稼先的理論組帶進了一個迷宮。鄧稼先帶著理論小組一起討論了一些問題向蘇聯專家請教，得到的回答基本上是零。蘇聯專家不允許鄧稼先帶領的理論組馬上動手開展核武器研究，但是鄧稼先並沒有這麼做，他帶著團隊一邊學習一邊工作，一邊調研一邊推測。如果蘇聯專家來檢查，就趕緊把工作本藏到抽屜裏。我們現在很難體會，在一窮二白的中國，在一無所有的中國，鄧稼先所承受的壓力。盡管他是留美博士，學的是核物理，但做原子彈同樣一無所有，還要受製於蘇聯專家。但很快，連這樣不合格的老師也沒有了。蘇共中央借口當時蘇聯與美國等西方國家正在日內瓦談判關於禁止試驗核武器的協定，中斷向中國提供原子彈的有關技術資料等協議的項目。這給中國原子彈的研製工作造成了重大困難。理論小組組建一年多，仍然沒有人知道原子彈是怎樣的，應該怎麼辦。後來的曆史表明，蘇聯的斷援竟成了分水嶺，中國由此走上了獨立自主發展核武器的道路。
但這是一種怎樣的艱難，擺在鄧稼先麵前的問題很現實，首先要在“迷宮”中找到方向。鄧稼先通過不斷的學習、工作、思考，終於找到了方向，他將中子物理、流體力學和高溫高壓下物質性質這 3 個方向作為研究的主攻方向，這也是他對中國原子彈研究的最大貢獻。不要小看這 3 個方向。這等於是找到了原子彈喉嚨的位置。方向確立了，鄧稼先晚上備課，白天給年輕人補習專業知識。有時上完課，鄧稼先站在黑板前，竟睡著了。理論組團隊沿著這個方向不斷探索，在兩年中獲得了很大的進步。1960 年，他們走到了一個關鍵之處，要尋找製造原子彈的一個關鍵參數。當年，蘇聯專家曾給過一個參數，竟導致鄧稼先他們首先用“成千上萬的數據”去驗證這一數據的準確性。上萬次的方程式推算的結果，與蘇聯專家的爆炸參數相差一倍，計算用的紙裝進了麻袋，堆滿了倉庫。突然，鄧稼先意識到，蘇聯專家給出的參數可能不準確。就這樣，鄧稼先帶領大家反複演算了 9 遍，最終證實蘇聯專家的數值是錯誤的。關鍵參數被確定之後，整個核武器研製的“龍頭”昂起來了。