機構設置與政策安排
從機構設置來看，中科院為加強對國防尖端任務的組織與管理，先後成立了一系列的專項組織與部門，如原子核科學委員會、新技術辦公室、新技術辦公局、協作小組等。1958 年 7 月，為加強原子核科學的研究，成立了中科院原子核科學委員會，並由李四光任主任委員，張勁夫、劉傑、錢三強任副主任委員。中科院原子核科學委員會成立後，組織建立了原子能化學聯合作業組、反應堆材料協作小組，部署稀有金屬礦的採、選和材料研究，制定了原子能有關化學研究工作聯合作業協議書，協調各化學相關研究所的分工。
1958 年 9 月13日，中科院黨組決定成立黨組新技術辦公室，作為專抓國防尖端研究的辦事機構，並由院計劃局副局長谷羽兼任辦公室主任。1959 年，由國家科委、國家計委等組成了“中央新技術材料小組”（中科院也派人參加），負責提出對新材料的要求，以及安排科學研究、中試和工業化生産。新技術辦公室組織安排了許多相關研究所承擔“新型材料專案”的研究任務，一些相關研究所也做了相應調整，如建立必要的中試車間。1960 年 5—9 月，在國家科委的支援下，新技術辦公室抽調專人，會同 17 個部門及其下屬 100 多個研究單位，確定在全國建立 26 個測試基地；其中，中科院負責籌建 14 個，另有 10 個由國防科委歸口、協調，中科院有關研究所協助進行。
1960 年 7 月2日，經國家計委批准，新技術辦公室改組為中科院新技術局（以下簡稱“新技術局”），負責管理全院有關國防尖端科研工作。由谷羽任局長，張和清、王世珍、蘇景一任副局長。新技術局歸口管理的研究所和工廠，承擔了國防科委、二機部、國防部第五研究院（以下簡稱“五院”）提出的支援原子彈、氫彈、導彈研製的配套科研、試製和小批量生産任務，以及由中央專委下達的人造地球衛星等方面的任務。
1961 年，為加強協作，充分發揮中科院有關研究所的作用，更密切地為“兩彈”服務，中科院分別與二機部、五院成立了兩個協作小組。中科院與二機部的協作小組由劉傑、錢三強、張勁夫、裴麗生、劉西堯組成；與五院的協作小組由王諍、錢學森、張勁夫、裴麗生、劉西堯組成。
從政策安排來看，中科院先後發佈一系列報告並建立規章制度以確保“兩彈一星”工程相關任務的優先性。1959 年，中科院確定“三大抓”，即“抓尖端、抓重大、抓基本”。“抓尖端”是指在尖端科學技術方面，以原子能利用和人造衛星上天的研究為重點，同時發展電子學、半導體、自動控制、計算技術、高溫合金、高能燃料、超高壓、低溫、超真空等一系列新技術。1960 年 10 月13日，裴麗生〔4〕在《在尖端科學研究所所長計劃會議上的報告》中指出，“在國家全面安排和保證之下，以保證‘兩彈’任務為綱，盡力地配合國防建設需要，為國防建設服務……但尖端科學研究所必須給予盡可能的支援。”1960 年 11 月25 日，中科院黨組提出了“一保、二補、三探”，作為各研究所 1961 年國防科技研究任務的指導原則。“一保”，即積極配合保證五院和二機部的設計、試製需要；“二補”，即中科院自行提出研究試製項目，作為國家第一位任務的補充；“三探”，即為下一步工作探路。
從人數、機構數、科研項目數來看，中科院廣泛而深入地介入到“兩彈一星”工程的全過程之中。到 1958 年下半年，中科院已有和正在籌建的研究機構有 77 個。其中，以大部分力量發展尖端技術和承擔國防任務的研究所有 11 個；以部分力量配合國防尖端研究的研究所有 14 個。初期有 34 個研究所歸口新技術局，到 1965 年，由新技術局歸口管理的研究機構有 47 個（當時中科院總機構數為 107 個，即歸口新技術局的機構佔到總機構數的 43．9％）、儀器工廠 4 個。參與尖端技術研究人員達 1 萬餘人，其他的技術輔助人員、技術工人和管理人員 2 萬餘人，其他配合的研究人員投入 1 萬餘名，總計 4 萬餘人，佔全院人數過半。1960 年，中科院為國防科委安排的科研項目共 276 項；其中必保的 97 項，重要的 114 項。
電腦專項
中科院與其他單位合作研製的電腦，是“兩彈一星”工程必不可少的通用性利器。1956 年，在王守武的領導下，以中科院物理研究所半導體研究室為主，輔以二機部華北無線電元件研究所、南京工學院等單位的科研人員共 40 余人，研究了半導體鍺單晶的提純和摻雜工藝，並研製鍺電晶體。1958 年 8 月，用合金擴散法製成中國第一批鍺高頻電晶體。1958 年，中科院在物理研究所創建了我國最早的電晶體生産工廠——中科院 109 工廠，從事鍺高頻電晶體的批量生産。到 1959 年底，該廠為 109 乙型電腦（以下簡稱“109 乙機”）提供了 12 個品種、145 000 余只鍺電晶體。中科院組織成立了 109 乙機領導小組，組長閻沛霖、副組長李德仲，技術負責人為蔣士騛；參加協作的有中科院下屬的 109 工廠、西北計算技術研究所、武漢數學計算技術研究所等，以及四機部 15 所、五院 706 所、二機部有關所和相關高等院校。1958 年 8 月，開始 109 乙機總體設計和線路試驗工作。1965 年，研製成功我國第一台第二代通用數字電腦——109 乙機，該機為氫彈的研製作出了貢獻。
1959 年，在吳幾康、張效祥的領導下，中科院計算技術研究所與北京有線電廠合作，成功仿製出 104 型電腦，該機器承擔了中國第一顆原子彈研製中的計算任務。自1960 年起，中科院自動化研究所與上海科學儀器廠協作，共同研製大型模擬電腦（代號“J－331”），並於 1964 年完成。J－331 是當時國內最大的電子管模擬電腦，具有技術指標先進、反應速度快、參數修改容易和操作靈便等特點，為火箭、原子能等工業系統的研究、設計工作，提供了有力的計算和模擬工具。
1964 年 3 月，二機部提出要在 1967 年底之前使用每秒運作約 20 萬次的大型電腦。3 月 20 日，中科院計算技術研究所成立了以閻沛霖為組長、王正為副組長的 109 丙機核心組。同年 11月，中科院計算技術研究所學術委員會擴大會審議 109 丙機初步設計方案，時任中科院副院長吳有訓和二機部有關人員參加了審議。1965 年 4 月20日，成立了以王正為組長，蔣士騛、范新弼為副組長的技術核心組。二機部派人參加協作，所需硅電晶體和鍺電晶體由 109 廠和公安部遼河實驗工廠生産。109 丙機是 20 世紀 60 年代中期中國自行設計的比較成熟的大型電腦，字長 48 位，平均運算速度每秒 11．5 萬次，共生産了 2 臺。該機器完成了“東方紅一號”人造衛星的飛行軌道計算任務、中國第一代核彈定型和發展的計算工作、中國運載火箭早期各型號從方案設計、初步設計、飛行試驗、飛行精度分析到定型生産的理論計算。
1964 年，在吳幾康的領導下，輔以 10 多個單位的協助，中科院計算技術研究所設計並研製成功中國第一台大型通用數字電子電腦——119 型電腦。參加的科研人員達 250 人左右。1964 年 10 月，華東計算技術研究所將 119 型電腦複製了一台，定名為 J501 電腦。這兩台機器完成了研製第一顆氫彈的計算任務。