“火車頭”時期（1956—1966 年）：帶動國家科學技術發展
中國科學院與“12 年規劃”
1956 年 1月，中共中央召開知識分子問題會議。周恩來代表中共中央作了《關於知識分子問題的報告》。報告明確指出，在建設有高度技術基礎的社會主義時期，除了依靠工人階級的積極勞動以外，“還必須依靠知識分子的積極勞動”。報告用了 1／4 的篇幅講科學工作。報告指出，現在科學技術正在一日千里地突飛猛進；像原子能和電子學這樣的最新科學技術，使人類面臨著一個新的科學技術和工業革命的前夕。報告提出，“我們必須趕上這個世界先進科學技術水準”，並明確提出“向現代科學進軍”以及“制定 1956 年到 1967 年科學發展遠景規劃”。報告還指出，“用極大的力量來加強中國科學院，使它成為領導全國提高科學水準、培養新生力量的火車頭”。
隨後，在 1956 年 1月31日召開制定《1956—1967年科學技術遠景規劃》（以下簡稱“12 年規劃”）的動員大會上，成立規劃領導小組，領導科學規劃的制定。在各部門規劃草案的基礎上，規劃領導小組以中國科學院物理學數學化學部、生物地學部和技術科學部為基礎，集中全國 600 多位科學家，對各部門規劃進行綜合、匯總和審查。以此為基礎，形成了《1956—1967 年科學技術發展遠景規劃綱要（修正草案）》。
中國科學院不僅在規劃的制定中起著領導作用，而且在規劃的前期預備和實施中起著重要的作用。1955—1956 年，中國科學院提出了《中國科學院 15 年內需要進行的重大科學研究項目（自然科學與技術科學部分）》，共 53 項，包括原子彈、半導體、無線電電子學、電子電腦、自動化系統等國防和尖端科技，中國自然區劃和自然資源考察，國民經濟建設中帶有綜合性、關鍵性的一系列重大理論與技術問題，以及蛋白質的結構與生物合成等前沿問題，其中大部分任務後來被納入“12 年規劃”。在“12 年規劃”的 57 項重要任務當中，以中國科學院作為主要負責單位的有 8 項，以中國科學院作為聯合負責單位的有 15 項，兩者合併佔總項數的 40．4％；另有中國科學院作為主要協作單位參加的 27 項，三者合併佔總數的 87．7％。
在規劃的制定與執行過程中，中國科學院進一步明確了自己的方針與任務：重大的基礎科學理論；世界上最新的科學技術；共同性的綜合性的重要任務 。
“四項緊急措施”
在“12 年規劃”制定的過程中，科學界深感某些關鍵技術在現代科學技術發展中的重要性，如計算技術、半導體技術、無線電電子學和自動化技術。1956 年，為了更快地促進這些關鍵技術的發展，國家採取了“緊急措施”的專項措施，由中國科學院實施。同年，中國科學院成立了計算技術研究所、自動化及遠距離操縱研究所和電子學研究所的籌備委員會，並在應用物理研究所建立半導體物理研究小組（1960 年獨立為中國科學院半導體研究所），在無線電、自動化、半導體和計算技術這 4 個新興關鍵技術領域（因而稱為“四項緊急措施”）迅速集中起力量，為短時間內趕上國際先進水準奠定了基礎。
中國科學院與“兩彈一星”
1964 年 10月16日，中國第一顆原子彈爆炸成功；1966 年 10月27日，中國第一顆裝有核彈頭的地－地導彈飛行爆炸成功；1970 年 4月24日，中國第一顆人造衛星（“東方紅一號”）發射成功。“兩彈一星”是中國科技史上的一個奇跡，是中華民族自力更生、團結奮鬥的偉大成就，是社會主義集中力量辦大事優勢的集中體現，是新中國獨立自主、團結協作發展科學技術的成功明證，是科學家報效祖國的豐碩果實。
關於“兩彈一星”研製，中國科學院參與的工作長期處於保密狀態。1999 年 3月，在 1956 年初到 1967年 1 月間擔任中國科學院黨組書記、副院長（實際主持院務工作）的張勁夫同志，在《科學時報》記者採訪記錄稿的基礎上，修改補充完成《中國科學院與“兩彈一星”》的大文章。在江澤民總書記的關懷支援下，1999 年 5月5日，新華社將張勁夫的署名文章《請歷史記住他們——關於中國科學院與“兩彈一星”的回憶》以通稿的形式發表。5 月 6 日，《人民日報》《光明日報》等中央大報都在顯著位置上刊登了這篇重要文章，在全國乃至全世界引起了強烈反響 。
張勁夫指出，中國科學院是按照中央確定的“大力協同”和“三家擰成一股繩”（二機部、七機部和中國科學院）的精神，主要承擔原子彈和導彈研製中一系列關鍵性的科學和技術任務，包括理論分析、科學試驗、方案設計、研製以至批量製造所需的各種特殊新型材料、元件、儀器、設備等。至於人造衛星，則從構思到建議，都是由中國科學院提出，先後兩次開工（1958 年、1965 年）。在國防科委統一組織下，由中國科學院負責整個系統的技術抓總，並負責研製衛星本體，七機部負責運載工具，中國科學院和四機部共同負責地面測控系統。參加“兩彈一星”研製任務的科研人員佔全院科研人員的 2／3。
張勁夫指出，當時研究核科學與核技術的力量主要集中在中國科學院原子能研究所，還有一些分散在中國科學院 20 多個研究所以及其他部門研究機構、大專院校。為了工作的方便，中央決定把原子能研究所整建制交給二機部，名義上由中國科學院和二機部雙重領導，但是對外還叫中國科學院原子能研究所。由於研製原子彈的任務繁重，科研力量不夠，於是對任務作了分解——除了原子能研究所承擔較大一塊任務外，很多重要任務還要由中國科學院的各研究所來承擔。原子能研究所整建制轉到二機部後，骨幹力量還不夠，中國科學院又從其他研究所調去一批科技骨幹。張勁夫特別提到，中國科學院“四項緊急措施”研發出的幾代電腦為原子彈和氫彈的成功研製作了突出貢獻。
談到導彈的研製，張勁夫指出，錢學森回國後任中國科學院新成立的力學研究所所長，之後迅速聚集了一批優秀科學家。中央決定由國防部五院負責研製導彈，把錢學森調去當院長，並從各方面調人，主要是從中國科學院調，許多重要研製任務也由中國科學院來承擔。在張勁夫的建議下，中國導彈研製採取“兩條腿走路”：一方面，中國科學院參與五院的導彈研製；另一方面，中國科學院做探路工作，先走一步，為五院服務。中國科學院為我國的導彈事業也作出了卓越的貢獻。
衛星任務由中國科學院承擔。衛星本體主要是中國科學院研製的，中國科學院也組織有關部門配合。研究工作中需要搞許多非標準設備。但是，正當衛星研製基本完成的時候，發生了“文化大革命”，中國科學院衛星研製任務移交給國防部門，具體交給了七機部，即現在的中國航太科技集團與中國航太科工集團的前身。
張勁夫的文章發表後，當年（1999 年）9月18日國家召開了“兩彈一星”功勳獎章頒發儀式。樊洪業曾對“兩彈一星”23 位獲獎者（圖1）教育和工作背景做過研究，發現 23 人中的 14 人有早年在中國科學院工作的經歷，再加上後來在院工作過的王希季、朱光亞和周光召，共達到 17 人。這充分説明瞭中國科學院在“兩彈一星”研製過程中的作用。
圖 1 23 位“兩彈一星”功勳獎章獲得者（以姓名筆畫為序）
小結
在“向科學進軍”號召下，通過“12 年規劃”的實施，新中國建成了自己的現代科學技術體系和國防科學技術體系，對國家的經濟、社會和國防事業的發展起到巨大的支撐和促進作用。在中國這一現代科學技術事業的偉大建設和發展中，“（中國）科學院配合‘兩彈’攻關，開創人造衛星事業，落實‘四項緊急措施’，部署和組織自然資源綜合考察和基礎理論研究，充分發揮了‘火車頭’作用，創造了‘文革’前的 10 年的科學技術發展的輝煌，同時展現了作為國家特殊戰略資源的實力”。在發展重大關鍵技術、新興尖端技術、重要基礎學科和資源環境考察方面，為國家作出了突出的貢獻，成為實現國家目標的戰略資源。中國科學院也從一個只有幾百人的小單位發展成為具有 5 萬人的科學大軍，研究經費從 1950 年春的 287．2 萬元增加到 1965 年的 33 548．5 萬，增加了117倍，成為國家的一支戰略科技力量。