早在1960年底，在大力研製原子彈的同時，科學家們就已經開始摸索氫彈 原理。
1964年5月，毛澤東在聽取有關部門的第三個五年計畫時明確指出：「原子彈要有，氫彈也要快。」
1964年10月16日第一顆原子彈爆炸成功後，中國開始全面開展關於氫彈理論的研究。
1965年，周恩來在聽取劉傑關於中國還需要三年到五年時間才能爆炸氫彈的彙報時指出：三年爆炸氫彈，太慢了，要快。他要求核工業部儘快研究提出加快氫彈研製的計畫，上報中央專委。
當時的二機部組織人員對氫彈理論進行了探討。人員分兩個組：一個組是由彭桓武、王淦昌、鄧稼先、周光召等人領導的九院理論部，另一個組是由於敏、黃祖洽等人領導的北京401所（原子能研究所）。1964年12月，九院副院長吳際霖提出用一年時間突破氫彈理論設計。1965年初，二機部黨組決定將兩組人員集中到九院，同心協力進行原理攻關。
1965年2月3日，二機部向中央專委呈報了《關於加強發展核武器問題的報告》，主旨是儘快突破氫彈技術向戰備核武器的高級階段發展，周總理主持專委會審議並批准了這個報告。於是，一場研製氫彈的攻堅戰悄悄地打響了。
在吳際霖、朱光亞的具體組織領導下，整個九院和核工業廠緊張而有序地忙碌著。與此同時，二機部和全國相關單位積極行動起來。蘭州核燃料廠克服重重困難，於1966年按期拿出了合格產品，許多具有特殊要求的元件、電子儀器、多用設備被源源不斷地運到氫彈生產製造廠，保證了氫彈研製工作的需要。
1966年5月9日，中國進行了一次含有熱核材料的原子彈爆炸試驗，這次試驗給氫彈理論研究提供了重要數據。
1966年12月28日，中國進行了氫彈原理試驗，這實際上就是一次小當量的熱核試驗。
1967年2月，國防科委、核工業部、核試驗基地、空軍等單位共同研究後，向周恩來彙報了氫彈爆炸試驗的準備情況，並建議批准在1967年7月1日前進行試驗，得到了以周恩來為首的中央專委的批准。同月，第一顆氫彈部件完成了圖紙設計，生產部旋即組織加工生產。
毛澤東、周恩來、葉劍英、聶榮臻等中央領導對氫彈的研製工作非常重視，從1967年3月起，他們先後向核工業重點生產廠、研究機構、核工業基地簽發了22份電報。
1967年4月，空投轟炸機改裝完畢，模擬飛行訓練在試驗基地上空飛行。5月，第一顆氫彈所有部件都已製造安裝完畢，當月，中央專委批准了氫彈國家試驗計畫。
6月初，周恩來在國務院小禮堂接見國防工業系統的群眾組織，並於會後批准聶榮臻前往核試驗場主持氫彈爆炸試驗。
6月17日上午9時，參加這次氫彈試驗的全會工作人員各就各位。國防科委副主任張震寰是這次氫彈試驗的現場總指揮。他迎著晨曦驅車趕到現場指揮部——一座半地下的掩蔽所，做最後的工作檢杳。隨後，主持這次試驗的國務院副總理聶榮臻元帥帶領基地司令員張蘊玉及九院領導等一同進入掩蔽所。
投彈時間定在當地時間8時20分（北京時間10時20分）。這時，電話中傳來了機場調度的聲音：「飛機準備完畢，請求起飛。」「起飛！」張震寰命令。機場上那架機翼達30多米的銀白色噴氣式轟炸機，吐著長長的紅色火焰，怒吼著從跑道上移動、加速、升空。當時針指向8時19分50秒，指揮員喊出「起爆」命令時，只見天空出現了極為強烈的閃光，一個大火球高懸在藍天上，翻滾的火球變成大團煙雲，迅速地擴張上升，將半個天空抹上朝霞般的絢麗色彩。隨後，一望無際的戈壁灘上傳來一陣推波助瀾的衝擊波，雷霆般的轟鳴隆隆地震撼著大地和天空。
中國的氫彈爆炸成功了。在場的人們歡呼雀躍，不少人激動地流下了眼淚。
衝擊波到達時間、煙雲高度、火球最小危度時間推算結果，氫彈已達到了預定的威力指標。聶帥叫參謀拿來電報稿紙，立即向毛主席、周總理報告了這一特大喜訊。
在氫彈爆炸成功的同時，中國政府重申：「中國進行必要而有限制的核試驗，發展核武器，完全是為了防禦，其最終目的就是為了消滅核武器。」「在任何時候，任何情況下，中國都不會首先使用核武器。」