1959年6月，苏联政府单方面撕毁了中苏双方签订的关于国防新技术的协定，拒绝向中国提供原子弹样品和生产原子弹的技术资料。面对险恶的国际环境和严峻的经济形势，中央决定，削减其他一些科研项目和常规武器的生产，集中一切力量把“两弹”研制出来。为了牢记1959年6月，中国的原子弹研制项目被定名为“596”工程。
两弹准备阶段
中国的原子弹研制起步较晚。建国之初，中国不仅要医治战争创伤，还要进行抗美援朝战争。面对以美国为首的帝国主义的经济封锁、军事讹诈和战争威胁，为了国家的安全和防止新的世界大战发生，中国不得不花很大的气力来研制自己的有效防卫武器，以打破帝国主义的核垄断。1956年4月，毛泽东在中央政治局扩大会议上提出：“我们不但要有更多的飞机和大炮，而且还要有原子弹。在今天的世界上，我们要不受人家欺负，就不能没有这个东西。”这一庄严宣告，揭开了中国研制原子弹的序幕。
由于经济和技术落后的原因，中国一开始寄希望于社会主义阵营的老大哥苏联能够提供支援。经过长期的交涉，1956年10月15日，中苏签订了关于国防新技术的协定。苏联正式同意帮助中国发展尖端武器，并答应向中国提供一个原子弹教学模型和生产原子弹的技术资料。
1958年初春，留美归来的物理学博士邓稼先被任命为该院重要的理论部主任。7月1日，中国科学院正式成立了原子能研究所，由钱三强兼任所长。早在1955年，中国地质部门就开始着手铀资源的勘探。解放军第4521程团以牺牲十几名官兵的代价，终于在西部的独龙山区发现了第一条铀矿地带，后来，地质学家们又发明了新型的找矿仪器和先进的探矿技术，相继找到了一批相当丰富的铀矿，为研制原子弹立下了头功。
发展
1958年5月，中国的原子城，西北某地核工业联合企业破土动工。11月选定罗布泊，这块号称“死亡之地”的沙漠上建起一座大规模的试验基地。很快，一万多人的施工大军开进了这沉睡千年的荒漠，开始了艰苦的建场工作。1958年，中国的原子反应堆和加速器在北京先后建成，反应堆也达到了临界状态。到了1959年，科学家已经把第一颗原子弹理论计算的轮廓初步勾画了出来。
尾声
然而，中苏关系从赫鲁晓夫上台后，日趋紧张起来。1959年6月，苏联政府撕毁了中苏双方签订的关于国防新技术的协定，拒绝向中国提供原子弹样品和生产原子弹的技术资料。1960年7月16日，苏联政府公然照会中国政府，单方面决定撤走在华的苏联专家。到8月23日，在中国核工业系统工作的233名苏联专家全部撤离，并带走了重要的图纸资料。
“596”名称的由来
面对险恶的国际环境和严峻的经济形势，中央政治局作出决定，削减其他一些科研项目和常规武器的生产，集中更多的财力和物力把“两弹”研制出来。为了牢记1959年6月这个催人奋迸的岁月，中国的原子弹研制项目被定名为“596”工程。
原子弹的发展
经过两年的理论建设，在邓稼先的组织下。研制小组成功地用老式的计算器模拟了原子弹爆炸的全过程。通过模拟，他们不仅弄清了原子弹爆炸的过程，掌握了规律，而且还纠正了苏联专家的一个比较大的错误结论。
随后，邓稼先又采取了一项重大措施：组建高级理论班子，专门研究解决原子弹设计中的重大技术问题。这一举措，使原子弹的理论研制工作，又向前跨进了一大步。周光召圆满地解决了原子弹内部的所有关键的力学问题。与此同时，另外两位在流体力学和数学上有很深造诣的副主任亲密合作，又成功地解决了不定向流体力学的计算方法问题。邓稼先自己则亲自主持高温高压下物质状态的研究，确定了有关理论计算的模型和方法。
计算工作完成后，邓稼先等人经过反复思考，创造出了一种独具特色的“外推法”。这种方法从能够模拟的环境和条件人手，经过逆向推算，再将结果与国外同类试验的数据对照。最后发现结果完全吻合，从而证明了这种计算方法是正确可行的。原子弹研制中另外一项最重要的任务是研制点火中子源。它是原子弹的引爆装置，也是原子弹的心脏，这项任务由原子能所副所长、美国麻省理工学院的博士江德熙教授负责，经过一番努力，终于在l961年冬得到了令人满意的结果。他把这个装置命名为XY小球。
与理论研究同步，核原料加工也同样不断取得进展。为了早日取得粗铀原料，国家一边加快建设大厂，一边组织进行土法炼铀。从1959年开始，云南临沧地区，当地群众在技术人员的指导下，用石臼子破碎、箩筐筛选、豆腐包过滤、铁锅烘干等办法，在大厂未建成之前就得到了150吨粗铀原料。这些原料再经过进一步加工，完全满足了我国头两颗原子弹所需要的核装料，从而为整个工程争取了一年的宝贵时间。终于在1964年，一颗完整的原子弹在工厂被组装起来了，并于8月份运到了试验场。
原子弹研制组装工作结束后，下一步的任务就是试验准备。因为原子弹要在低空爆炸，所以在试验场上竖起了一座高达103米的铁塔。以铁塔为中心，设置了机场和机群、坦克群、各种火炮阵地、枪支弹药、舰艇的上层结构、通讯枢纽、房屋建筑等设施，在不同的距离上还放置了大批试验动物。试验场内，各种指挥所、观察哨、辐射侦察分队、有线课题遥测站以及气象观测站四处分布，形成了一个复杂的网络。
1964年10月14日19时，原子弹被吊上了铁塔。16日上午，试验基地司令员张蕴钰和李觉将军、工人赵维晋来到塔下，将XY小球亲自接插上弹体。14时59分40秒，现场总指挥张爱萍发出最后指令，主控站操作员韩云梯按下了启动电钮。10秒钟后，整个系统进入自控状态，计数器开始倒计时。“10，9，……3，2，1，起爆！”随着一声惊大动地的巨响，顷刻之间，金光喷发，火球凌空，蘑菇云腾空而起。中国第一颗原子弹爆炸成功了！
氢弹的发展
氢弹比原子弹技术更为复杂，当时国际上很少透露这方面的资料，完全要靠自己摸索，要迅速研制出氢弹，就要首先对氢弹原理和设计方案进行深入钻研。邓稼先等人又很快投入到这场新的攻坚战之中。他担任核武器研究设计院长后，立即组织人马投入研究。当时有两种设计目标，一种是只要热核材料能够爆炸，有一定当量就行；另一种是不仅有一定当量，而且还要体积小，能装上导弹。根据周总理的指示，最后选择了后一个目标。1965年底，研制小组已经掌握了打开氢弹奥秘之门的钥匙，拿出了整体设计方案，并开始进行产品的制造和组装。为了能够抢在法国试爆氢弹之前，国防科工委决定把首次氢弹试验提前到1967年第二季度进行。
1966年5月9日，中国成功地进行了一次含有热核材料的核试验，同年12月28日，又用塔爆方式进行了氢弹原理试验，次年6月17日晨，正式的氢弹试验开始进行，7时许，飞行员徐克俭驾驶着带弹飞机来到了靶区上空，将它准确投掷到了预定区域。伴随着一声巨响和一道闪光，中国第一颗氢弹爆炸成功了！
测试表明，这次试验的威力约为330万吨梯恩梯当量。更为重要的是，它实现了氢弹与运载工具的结合，使氢弹从一开始就成为一种实战兵器。从原子弹到氢弹，美国用了7年4个月，苏联用了4年，英国用4年7个月，法国用了8年，而中国只用了两年8个月，创造了核武器发明研制史上空前的奇迹。
核试验完成
从1964年到1988年，中国共进行了30多次核试验，次数与超级大国相比微不足道，但取得了很大的成绩。通过试验，完成了核武器的系列化和现代化，使中国军队成为核装备种类齐全配套的军队，中国也被世界公认为五个独立掌握核技术的国家之一。
