在導彈方面的貢獻
從一開始，中國研製導彈就是“兩條腿走路”：五院主管，全力投入；中科院探索研究，輔助進行。因此，兩個單位都有各自的實驗基地。中科院力學研究所二部的林鴻蓀負責在京郊山區基地建成了兩個不同量級的液氧、液氫火箭發動機試車臺。該基地做了 100 多次發動機臺架試驗，全部試驗資料和數據轉交給五院，對研製遠端火箭起了很大作用。中科院化學研究所亦專門成立化學所二部，主要負責導彈用高能燃料的研製。此外，中科院大連化物所、長春應化所、有機所，也接受研製開發高能燃料的任務。上海和大連都在山區設立了實驗基地。
中科院為五院導彈研製工程配套、組織安排了一系列理論分析、實驗研究，以及關鍵儀器、材料、設備的研製工作，如高能燃料、液氧、液氫、固體高能燃料、耐高溫材料、電影經緯儀、大型熱應力試驗設備以及彈上自動控制裝置等。據 1961 年 11 月統計，中科院配合五院的科研、試製任務達 95 項，計 226 個課題，涉及“東風”“紅旗”等 8 個型號的導彈。
理論分析與實驗研究
1961 年 5 月，錢學森主持召開國防部五院與中科院力學研究所協作會議（簡稱“518 會議”），確定了中科院的五大協作任務：液體火箭發動機燃燒、傳熱理論與實驗研究（代號“101 任務”），導彈氣動力學問題研究（“102 任務”），導彈彈體結構強度的研究（“103 任務”），衝壓噴氣發動機的關鍵理論問題（“104 任務”），以及金屬薄板典型零件爆炸成型的基本理論研究（“105 任務”）。
中科院力學研究所先後組織了 5 個研究室進行研究。在錢學森、林鴻蓀指導下，中科院力學研究所的科研人員用了 2 年多時間，在位於北京郊區的高能燃料推進劑和火箭發動機實驗基地，完成了氫氧發動機總體方案的探索性研究，進行了小型發動機的實驗研究，建立了液氧在超臨界壓力下傳熱實驗系統和液氫液氧火箭發動機燃燒試車系統。1966 年 4 月，完成了“101 任務”的鑒定總結，並將全部研究成果和技術資料交給七機部。在鄭哲敏的領導下，力學研究所用了 4 年多時間，與有關部門合作，進行了上千次試驗，得出“爆炸成型相似律”理論，完成了“105 任務”，並進一步研究了無模自由成型法，解決了大型模具澆鑄的困難。與此同時，中科院承擔的其他各項任務也順利完成。
儀器、設備與材料的研製
為滿足中國自行設計的中程地地彈道式導彈靶場試驗的需要，1960 年 10 月，中科院長春光學精密機械與物理研究所（以下簡稱“長春光機所”）開始承擔研究、試製大型電影經緯儀任務（代號“150－1 工程”，為“150 工程”的一部分）。到 1963 年時，該工程進展緩慢。同年 4 月和 9 月，國務院國防工業辦公室 2 次召開會議，安排落實長春光機所經緯儀工程的研製與生産任務：工程由中科院抓總，長春光機所在技術上負總責。在王大珩、唐九華的領導下，長春光機所近一半的科技人員投入該任務。經過 2 年多的努力，完成研究實驗項目 60 項，設計圖紙 5 000 余張，加工非標準件近 20 000 件，1965 年下半年進行樣機總裝。1966 年初通過了國家鑒定，並取得一次性研製成功，許多技術指標都超過了設計要求。
1961 年初，五院委託中科院自動化研究所研製大型熱應力試驗設備（代號“151 工程”），該設備可用於研究高速飛行器的結構。同年 2 月，自動化研究所組成 151 工程辦公室，同時組成了以該所為主、五院 702 所參加的研究隊伍。參加協作的單位還有中科院長春光機所、瀋陽金屬研究所、上海冶金研究所、力學研究所。1965 年 7 月，通過鑒定。七機部運用該設備對導彈彈頭和尾翼的結構進行了地面試驗，取得了預期的結果。
1963 年初，蘭州化物所承擔了火箭發動機液氧泵軸承潤滑問題的研究任務。經一年多努力，于 1964 年研製成功效果良好的潤滑材料，噴在軸承上形成固體潤滑膜。
1965 年 3 月，中共中央專委向中科院下達遠端導彈制導用的彈上微型組件電腦研製任務（代號“156工程”）。同年 9月，中科院組織計算技術研究所、物理研究所、電子學研究所、西北計算技術研究所、長春應化所、東北物理研究所 6 個研究所的部分科研力量，集中到北京，組建為中科院微電子學研究所，代號為“156 工程處”，直屬院領導，共同攻關。同時，在陜西臨潼進行基本建設，代號為“324 工程”。“156 工程處”與中科院半導體研究所、109 廠採取電路研製與工藝密切配合，在短短的幾個月內，提供了所需的組件，保證了第一台組件電腦的調試。1966 年 8 月，研製出中國第一台用於空間技術的組件電腦樣機，比原要求提前一年零四個月。1968年 1月，“156 工程處”劃歸七機部，併發展為彈上電腦研究所。
中科院為發展中國各種型號的固體燃料火箭做了大量工作。1959 年 4月，長春應化所承擔了液體聚硫橡膠（用作固體推進劑黏合劑）的研究。一年後，合成了中國複合固體推進劑的第一個黏合劑品種。1960年底，在錦西化工研究院擴試成功。中科院長春應化所、有機所、大連化物所、化學研究所還相繼開展研究並提供了多種固體推進劑以及推進劑的各種高能添加劑、燃速調節劑等。
上海機電設計院
上海機電設計院成立於 1958 年 8 月，原為中科院力學研究所第一設計院，承擔研製人造衛星和探空火箭的任務；同年 11 月，遷往上海，更名為中科院上海機電設計院。該院在探空火箭、發射架、發射測控研製方面做了許多工作，積累了經驗，培養了幹部，形成了相當的實力。
1959 年 11月，上海機電設計院（由中科院與上海市委雙重領導）和中科院地球物理研究所開始合作研製“T－7”氣象火箭。1960 年 4月，發動機熱試車成功；9月，火箭在安徽廣德發射場發射成功。氣象火箭研製的成功，不僅為中國空間技術的發展摸索經驗和創造條件，同時通過對高空風速、風向、氣溫、氣壓和密度的測量，為導彈飛行器的設計取得了有價值的數據。
1963 年 1 月1日起，上海機電設計院劃歸國防部五院建制，“603”火箭發射試驗場（原隸屬於中科院地球物理研究所二部，1961 年 6 月劃歸上海機電設計院）亦歸屬於五院。