毕竟核武器与核反应堆的科学原理是一致的，赫鲁晓夫答应援建反应堆，毛泽东认为这是中国走向核武器研制的第一步。
毛泽东之所以这个时候提出要搞原子弹，是因为此前中国已找到了铀矿。有一块铀矿标本还被时任地质部副部长的刘杰带进中南海，向毛泽东、周恩来等领导人汇报。
1955年1月15日，这块石头又被带进了菊香书屋。
毛泽东在这里主持召开中央书记处扩大会议，专题讨论发展原子能事业问题。
会议从下午四点一直开到晚上七点多。毛泽东说：“我们国家现在已经知道有铀矿，进一步勘探一定会找出更多的铀矿来……现在苏联对我们援助，我们一定要搞好！我们自己干，也一定能干好！我们只要有人，又有资源，什么奇迹都可以创造出来。”
会后，毛泽东还专门请大家一起吃饭。平时不喝酒的毛泽东，这次特意斟了一杯葡萄酒，举杯提议：“为我国原子能事业的发展，大家共同干杯！”
这是毛泽东就发展原子能事业所主持的时间最长的一次会议，也是最具决定意义的一次会议。会议通过了代号为“02”的核武器研制计划。
中国要有自己的原子弹，就在这个时候拍了板。
这次会议极为机密，迄今在中央档案之中没有任何正式文字记载和音像资料。仅有的文献就是周恩来总理工作台历上的几行字和他写给毛主席的一封信，以及当事人的回忆。
1955年底，苏联派出一个科学家代表团来华访问，代表团返回苏联后，赫鲁晓夫即致信毛泽东，表示苏联可以在建立原子能工业方面同中国共享自己的经验，还建议中国派遣一个全权代表团到莫斯科去商谈具体事宜。
1956年2月，苏共二十大召开。在大会即将闭幕之时，赫鲁晓夫突然抛出了那份震惊世界的“秘密报告”，随即引发了以“波匈事件”为代表的社会主义阵营分离暗潮。此时，苏联急需中共支持，于是，赫鲁晓夫“在向中国提供复杂的技术帮助方面再让了一步”。
1956年4月11日，中国原子能代表团启程前往苏联，并最终同苏联达成了中苏原子能工业援助协议。
代表团出发当天，周恩来致函毛泽东并中共中央，建议成立直属国务院的原子能委员会和直属国防部的航空工业委员会，以更好地领导我国原子能工业和发展导弹航空工业这也表明，在核武器尚处于基础理论研究时，中国领导人已经开始考虑其运载工具导弹问题了。
1956年10月8日，以钱学森为院长的国防部五院（导弹研究院）成立，中国的导弹研究事业走上轨道（正是由于导弹和运载火箭是一体两面的孪生兄弟，10月8日也被认为是中国航天事业的诞生日）。
1956年11月16日，第一届全国人大常委会第51次会议决定，成立第三机械工业部（1958年改称二机部），主管中国核工业的建设和发展。
1957年，赫鲁晓夫在同马林科夫、卡冈诺维奇、莫洛托夫进行党内斗争中，迫切需要中共支持。赫鲁晓夫十分希望毛泽东能亲自到苏联，出席在莫斯科举行的共产党和工人党会议。但毛泽东提出，只有签订了向中国转让生产核武器及其运载工具的材料和模型的军事技术协议后，他才会前往莫斯科。
1957年10月15日，中苏正式签署了《关于生产新式武器和军事技术装备以及在中国建立综合性原子能工业的协定》(简称《国防新技术协定》)，苏联允诺在核武器方面给予中国相应帮助。
