2月6日，毛澤東在中南海寓所接見錢學森、李四光和竺可袖。6月29日，中國自行設計的第一枚中近程地對地導彈“東風二號”在錢學森的領導下，終於發射成功。
12月26日，毛澤東71歲生日，錢學森與邢燕子、董加耕、陳永貴等應邀到中南海出席毛澤東生日宴會。
1965年54歲
1月4日，第七機械工業部成立，任副部長。
1月8日，向國務院提出報告，建議早日製訂中國人造地球衛星研製計劃並列入國家任務。
3月20日，中央專委會議批準的第七機械工業部“八年四彈”規劃。所謂“八年四彈”，就是在1965年至1972年的八年時間裏，研製成功用於“兩彈結合”的增程的中近程液體彈道導彈、中程、中遠程、遠程液體彈道導彈。
4月29日，國防科委向中央專門委員會提出了在1970年或1971年發射我國重量為100公斤左右的第一顆人造地球衛星的設想。這是國防科委副主任張愛萍將軍邀請張勁夫、錢學森、孫俊人及國家科委、國防工辦專業局的負責同誌和專家進行研究之後提出的報告。
擔任中國第一枚核導彈研製的領導工作。
1966年55歲
10月27日9時，“東風二號”核導彈點火升空，9分14秒後核彈頭在距發射場894公裏之外的羅布泊彈著區靶心上空569米的高度爆炸，圓滿成功。
12月，中程導彈“東風三號”發射成功。
《氣體動力學諸方程》出版。
1967年56歲
8月成立了空間技術研究院籌備處，對外稱國防科委651籌備處，由錢學森擔任籌備處負責人。
11月，國防科委批準了由錢學森代表651籌備處提出的編製方案，確定了研究院的任務以及各誠單位的方向、任務、分工等。
1968年57歲
1月8日，以錢學森為負責人的651籌備處首次召開“中國第一艘載人飛船總體方案設想熱正會”對“曙光一號”飛船方案進行麵。
2月20日，經毛澤東主席、國務院、中央軍委批準，解放軍第五研究院（今中國空間技術研究院）正式成立，任命錢學森為首任院長，全麵負責人造地球衛星的研製以及空間科學研究工作。
中遠程導彈“東風四號”發射成功。錢學森認為，可以在“東風”型係列導彈的研製經驗上，製造人造地球衛星運載火箭。
1969年58歲
當選為中國共產黨第九次全國代表大會代表和第九屆中央委員會候員。此後相繼當選為第十、十一、十二、十三、十四、十五次全國代表大會代表’第十、十一、十二屆中央委員會候補委員。帽共產黨第十六次，第十七次全國代表大會特邀代表。
8月23日，父親錢均夫病逝於北京，終年87歲。
1970年59歲
1月30日，作為衛星的運載火箭的第一枚“長征一號”火箭試射成功。
3月21日，中國的第一顆人造地球衛星——“東方紅一號”完成總裝任務。
3月，研製“返回式遙感衛星”列為國家重點項目。
4月24日，中國第一顆人造地球衛星發射成功。
5月1日，國際勞動節晚上，毛澤東主席、周恩來總理在天安門城樓上接見了錢學森、任新民、戚發軔等參加第一顆衛星工程研製的代表。
6月，錢學森調到國防科學技術委員會擔任副主任。
7月14日，毛澤東主席圈閱了錢學森主持起草的中國發展載人飛船的報告，報告提出第一艘飛船計劃於1973年年底發射升空，叫“714工程”。
11月9日國防科委和第七機械工業部在北京京西賓館為落實“714工程”聯合召開“曙光一號”飛船方案論證會。在錢學森主持下，二百多名專家出席會議。
1971年60歲
3月3日，“長征一號”火箭把“實踐一號”科學探測試驗衛星成功太空。
4月，來自全國80多個單位的400多名專家學者雲集北京京西賓館，空間技術研究院院長錢學森主持討論，主題是“714工程”5月15日，空軍“宇航員訓練籌備組”正式成立。
9月13日，爆發了林彪摔死在蒙古溫都爾汗的“9·13”事件，空軍司令員吳法憲是林彪集團重要成員，空軍也就成為“批林運動”的重點。“714工程”叫停。
1973年62歲
“返回式遙感衛星”進入研製階段。