1961年1月3日，在部隊處於生活嚴重困難的情況下，基地黨委下文要求各級黨委書記一定要一手抓部隊思想，一手抓生活，提出了“政治到食堂，幹部下夥房”的口號。
1961年1月5日，基地副司令員林毅因對彭德懷、黃克誠以及“人民公社”、“大躍進”發表了自己不同的看法，被認定犯了“右傾機會主義錯誤”，撤銷基地副司令員兼二部部長的職務。
1961年1月30日，基地軍事檢察院、軍事法院開庭公審基地四部六處原科長沈啟鈞違反保密條例、導致泄密一案，判處沈啟鈞七年徒刑。
1961年9月1日，基地第一所子弟小學正式開學，設一至六年級，首批招收學生五百人，解決了基地幹部、職工的子女入學問題。
1961年10月18日，基地黨委做出《關於開展大生產運動的決定》。基地首次掀起開荒大生產運動的高潮。截止到1962年4月，基地共出動勞動力十六萬五千人次，墾荒一萬六千四百六十七畝，修築灌渠一百七十公裏，挖土井二十九眼。
1961年11月4日，中央軍委第一百一十四次會議決定，基地從1962年1月1日起，劃歸國防部五院建製（海上部分除外）。
1962年1月13日，從台灣起飛的一架美製U-2型高空偵察機於11時10分侵入基地場區上空，在額濟納旗建國營和3號、7號、10號、14號等上空進行了11分鍾偵察，而後向西寧方向飛去。
1962年3月9日，孫繼先離開基地，調至國防部五院任副院長。
1962年3月21日，中國自行研製的第一枚中近程導彈“東風2號”點火起飛至六十九點二七秒，墜毀在發射場附近，發射失敗。
1962年11月21日，周恩來任命李福澤為基地代司令員。
1963年3月28日，從韓國起飛的一架國民黨軍美製U-2型高空偵察機於10時50分侵入基地上空進行偵查活動，11時15分向南飛去。
1963年5月2日，根據中央指示和總政部署，基地在團以上機關和單位開展增產節約和反對貪汙盜竊、投機倒把、鋪張浪費、分散主義、官僚主義運動。整頓違法亂紀、腐化墮落、鋪張浪費以及幹部特殊化等問題；查出貪汙盜竊、投機倒把分子九十六人。運動曆時二十八天。
1963年5月4日，基地進行仿製國產“地一空”導彈飛行試驗。6月7日成功發射了第一枚“紅旗1號”導彈；7月2日成功發射了第二枚“紅旗2號”導彈。
1963年10月22日，炮兵部隊在基地進行1059導彈檢驗訓練試驗。合練後泄出酒精時違反操作規程，造成一枚1059導彈彎折報廢。
1963年10月31日，國務院副總理、總參謀長羅瑞卿到基地視察，聽取基地司令員李福澤等人的彙報，指示要做好靶場的安全保密問題；要有步驟地解決基地幹部的家屬隨軍問題。
1964年3月12日，總參謀部和國防科委頒發由中央軍委批準的各種導彈、火箭命名和代號編排方法。“地一地”導彈命名為“東風”，代號“DF”；“地一空”導彈命名為“紅旗”，代號“HQ”；“空一空”導彈命名為“霹靂”，代號“PL”；“艦一艦”導彈命名為“上遊”，代號“SY”；“岸一艦”導彈命名為“海鷹”，代號“HY”；“潛一地”導彈命名為“巨龍”，代號“JL”；探空火箭命名為“和平”，代號“HP”。
1964年4月8日，中央軍委第二百零四次會議決定，酒泉基地從國防部五院建製劃出，從1964年5月1日起，劃歸國防科委直接領導，其番號仍稱“中國人民解放軍第二十訓練基地”。
1964年6月29日，中國自行研製的、經過改進的第一枚中近程導彈“東風2號”在基地發射成功。7月9日——10月24日，七枚“東風2號”導彈又在基地連續發射成功。
1964年6月30日，張愛萍率總部工作組到基地檢查工作，檢查了二十九個分散點站，召開了四十三次座談會，與官兵談話一百零四次，曆時四十餘天。
1964年7月，基地召開首屆學習毛主席著作積極分子代表大會，七個單位的二十二人在會上介紹了學習經驗。