1975年3月8日，中央军委正式任命张爱萍为国防科委主任。当天，他就率领一个工作组到七机部下属的“老大难”单位——北京南苑七机部第一研究院（中国运载火箭研究院）调查研究。第三天到坐落在永定路的二三○厂及其配套研究单位十三所察看。这里混乱败落的情景同运载火箭研究院如出一辙，某些方面更为严重。问题的根子在资产阶级派性。在七机部，“文化大革命”搞了九年，资产阶级派性闹了九年。突出的两大派：“915”和“916”，全北京乃至全中国闻名。两大派都有通天人物，针锋相对，水火不容。周恩来曾37次亲自主持解决七机部的问题，一些派头头却置若罔闻。派性斗争危害严重，影响恶劣。1968年6月8日，第一研究院火箭金属材料所所长、从德国归来的杰出专家姚桐斌被造反派中的坏人毒打致死。周恩来要粟裕赴现场处理。粟裕乘直升机飞抵南苑机场，带一个排驱车直达东高地研究所。粟裕传达了周恩来指示，在严词责令之下，造反派头头才把凶手交了出来。这年夏天，一院两派发生严重武斗。粟裕赶到现场，责令两派立即撤离武斗区域，找两派头头谈了一宿。第二天，又在三座门中央军委所在地召集两派头头开会，这才煞住了武斗歪风。二三○厂更是帮派势力横行之地。“916”派头头舒龙山，从二三○厂造反起家，得到江青、王洪文的赏识。1972年底被中央任命为七机部党的核心小组成员；1973年当上十大代表，后兼任部直机关临时党委书记。
张爱萍等进厂的第二天，帮派势力就公开示威。在进厂门的大路地面上刷出一条大标语：“张爱萍，我们这里关你什么事？你从哪里来还滚回哪里去！”还有人给张爱萍递条子，说他管不着。张爱萍毫不动摇，坚持做了十多天的调查，掌握了情况，下定决心：整顿七机部，首先从派性开刀，突破口就是派性最厉害的二三○厂。
3月27日，召集七机部全体干部大会。张爱萍拄着拐杖上台讲话。他针锋相对，首先对二三○厂帮派势力提出的“管不着”、“滚回去”的问题作出回答。他把批判的锋芒直指资产阶级派性，指出：派性最大的罪恶是破坏团结，搞分裂，把七机部搞乱了。现在，又通过另外一种方式表现出来，从工作上，从什么型号方案论证上表现出来。张爱萍揭露了二三○厂存在的贪污盗窃、损公肥私、消极怠工、打架内讧等影响和破坏生产的恶劣现象，予以无情的抨击。对于如何改变目前这种混乱局面，他提出了一个响亮的口号：整顿。他说：这是邓小平提出、毛泽东同意的乱中求治的措施，已经在铁路整顿中开始见到成效。
张爱萍提出，要进行思想上的整顿、生产秩序上的整顿，更重要的是对领导、对干部的整顿。他从国际形势的严峻说明整顿的必要，明确提出，我们要集中我们国家现有的一切科学技术力量，国民经济的力量，科学研究、试制、生产的力量，在中央、军委统一领导和组织下，必须争取在最近二三年内拿出我们的“撒手锏”来！……我们的“撒手锏”，要一下打到它的黄龙府！他所说的这个“撒手锏”，就是洲际导弹，就是能把核弹头发送到世界任何地方的洲际导弹。
张爱萍安排工作组在二三○厂进行整顿试点，要求他们尽快做出成绩，以点上之果催面上之花，推动七机部的整顿和发展。对整个七机部的整顿，以实现1977年拿出洲际导弹这个目标为主线，一方面围剿资产阶级派性，一方面抓科研、生产，边破边立，尽快恢复正常的政治秩序和生产秩序。
就在中央军委通过并上报国家计委、国防科委《发展我国卫星通信问题的报告》这一天，3月31日，张爱萍同钱学森及七机部、第一研究院等有关领导和专家，出席了在第二研究院图书馆小礼堂召开的空气轴承论证会。在论证会上双方展开争论，各有优长。张爱萍果断决策：为了保证“东风5号”01批和“东风4号”第1、第2发的完成，这几发上的空气轴承仍然采用原来的“大锥式”结构方案。对“三段式”和“小锥式”方案，成立三结合的方案论证试验组，同时进行试验，再行确定，以待用在“东风5号”02批和“东风4号”01、02批上。这个久拖不决的难题解决了。
在1977年前拿出“撒手锏”，即射程8000公里的洲际导弹，是七机部近期的奋斗目标，也是整顿的中心。4月21日，七机部第一研究院按照张爱萍的建议，召开了洲际导弹“东风5号”、“东风4号”两个方案论证会，导弹各系统的专家聚集在一起，讨论、论证洲际导弹研制的要求、重点和规划。张爱萍自始至终参加会议。听了三天会，到24日，作了一个总结性的发言。他首先提出当前要“抢时间”，失掉了的时间“现在要抢回来”。针对当时存在的没有规划，五花八门，眉毛胡子一把抓的混乱情况，张爱萍强调“要抓重点”。首先是把“东5”提到1977年前拿出来，可以打到×××，打到敌人心脏里。这一条卡死，然后再去搞第二代，再发展。
与会专家都赞成张爱萍的指导性意见。通过这次论证会，基本上确定“三步走”规划：1977年前拿出洲际导弹“东5”，同时搞“东4”；1978年拿出潜地导弹；1980年拿出通信卫星。其中，1977年前拿出射程为8000公里的洲际导弹是必须完成的重点。会后，张爱萍又同钱学森等反复商量论证，确定把“三步走”规划作为正式方案上报中央专委、中央军委、中共中央。
邓小平一直关注着国防科技的整顿。1975年5月18日访法回京，19日上午就同叶剑英、聂荣臻、陈锡联一起，在三座门中央军委办公地听取张爱萍、汪洋、钱学森等汇报国防科委工作和七机部整顿的情况。邓小平说：“你们要勇敢地干工作，不要怕说错话。说错话，有错误，这不要紧。做工作，没有错误不可能，错了就改嘛！”“大字报一万张都不怕。你（指张爱萍）还在七机部吧？没有被撵跑吧？要呆下去，不要怕抓小辫子。我这个人像维吾尔族的姑娘，就是辫子多。”
钱学森汇报了4月21日论证会后形成的航天“三步走”规划，特别强调重中之重是1977年前拿出射程8000公里的洲际导弹。军委领导一致赞成。
邓小平听完汇报后又作了重要指示。
邓小平说：对那些继续搞派性的人不能等了。我们决不能用党和国家的利益去等那么几个人。不管是谁，不管你是“915”、“916”，不管你是四五十年的老资格，还是年轻的新干部，凡是继续搞派性的，老虎屁股都得摸，不然还得了！起码要有爱国主义嘛！不要说社会主义。这么多年搞出来了什么嘛？还在那里闹，而且还说“有理”。把七机部闹成这个样子，不要说社会主义，连爱国主义都没有。
限期改正，是铁路整顿创造的一条好经验，得到邓小平充分肯定。这时，他又要求在国防科技整顿中加以运用。邓小平说：过去我们对铁道部说，只等一个月。结果很快就扭转过来。现在我们对七机部也提出只等一个月，到6月30日为止。从7月1日起，要搞成一个七一派，毛主席派，党性派。过一个月以后，那就不客气了，对什么人也不等，管你是老虎屁股，还是狮子屁股，都要摸，都要斗，坚决的斗。邓小平还要求，整顿好各级领导班子，建立健全科技管理体系，严格执行规章制度，搞好科研、生产。
5月25日，毛泽东、周恩来批准了国防科委关于导弹核武器的研制规划。相关部门随即在太原兴建第三个卫星发射基地。6月30日，中共中央和毛泽东又批发了国防科委《关于解决七机部问题的报告》（中共中央1975年第14号文件）。7月，国务院、中央军委决定成立导弹工业总局（简称八机总局），对导弹的生产研制工作统一管理。8月11日，中共中央批准了国防科委党委和常委的组成。
中共中央的这些决策，邓小平的重要指示，国防科委进行整顿的措施，促使国防科技各工业部形势进一步好转。张爱萍在中央军委汇报会后进一步抓紧对七机部的整顿。张爱萍等在七机部，在一院，在二三○厂，进行了广泛深入的贯彻和动员，这些单位和部门都先后召开了“增强党性、反对派性、争做七一派，向七一献礼”的誓师动员大会。在每一个动员大会上，张爱萍都结合传达邓小平、叶剑英的指示，强调两点：第一，不许再闹资产阶级派性，要做七一派。第二，一定要在1977年前拿出洲际导弹来。张爱萍说：别的东西失掉是小事，时间失掉了是无法补上的，必须抓紧又抓紧。我们必须进行政治思想、组织、科研生产方面的整顿，提高党性，消除派性，团结一致，为完成1977年的任务而奋斗。
经过深入广泛的动员，“争做七一派，不做两面派”成为上上下下围剿派性的行动口号；抢时间，为1977年的任务而奋斗，成为大家共同的目标。与此同时，果断地采取组织措施。七机部提出把屡教不改的派头头舒龙山调出，张爱萍毫不犹豫地表示同意。在这之前，王洪文在钓鱼台约见张爱萍，同他套近乎，向他打招呼，说：舒龙山是我的朋友，希望你支持他的工作，团结他一道工作。张爱萍没有理睬。
经过整顿，二三○厂最早恢复了正常生产，第一研究院也迈开了前进的步伐。同时，张爱萍一刻也不放松处于关键地位的科研工作，特别是重要方案、规划的决策。
6月2日，张爱萍听取第五研究院领导、专家关于卫星研究规划的汇报。卫星总设计师孙家栋谈了三个方案：侦察，导航，通信。张爱萍指出：我们研究问题、考虑问题要从国际形势、时局、备战需要考虑。你们提了三个方案，我赞成第三方案，通信卫星是重点。我们的战略方针是积极防御，预警是第一，反导的东西，要努力搞，这是最有用的。
“长征2号”运载火箭第一次发射返回式遥感卫星失利，张爱萍不仅认真抓了失利原因的复查工作，而且对第二次发射的准备，从发射领导班子的配备到发射现场的组织，都亲自过问。8月19日，张爱萍出席“长征2号”第二发质量动员会。讲话后即兴吟诵一首四言诗，精辟地点出火箭及卫星的症结所在和解决办法：“生于乱世，先天不足。精心保健，诊断从速。内脏脉络，检查周密。气血畅通，筋骨有力。一鸣上天，为民争气。”负责组织第二次发射的同志受张爱萍这首诗的启发，加强了对“长征2号”火箭的测试检查，更换了43台件仪器设备，保证了发射的成功。
经过整顿，七机部战略导弹、运载火箭和卫星的研制取得很大进展，二机部核武器研制也有新的突破。最显著的成绩是：1975年下半年，接连成功发射了三颗人造卫星。人们用中国传统的吉庆语言，赞誉为“三星高照”。
7月26日、12月16日两次用“风暴1号”运载火箭成功发射了重量超过1吨的技术试验卫星1号、2号。“风暴1号”运载火箭由以上海机电二局为骨干组成的科技队伍经多年研制而成，其运载能力与“长征2号”运载火箭相当，也是以洲际导弹为原型研制的两级运载火箭。
“三星高照”中最亮的一颗，是返回式遥感卫星。这种卫星美国经历了12次失败才获得成功。我国的这颗返回式卫星命名为“尖兵”。1974年11月5日首发失利后，在1975年整顿中认真复查，解决了存在的问题。1975年8月，张爱萍听取了关于即将出厂的返回式卫星及发射这颗卫星的“长征2号”运载火箭质量情况的汇报，要求做到确保质量，力争“一鸣翔天”。
11月26日，按时在酒泉卫星发射场用“长征2号”运载火箭把返回式遥感人造卫星“尖兵”成功地送入预定轨道。卫星入轨后，由分布在我国大陆上的卫星地面测控站对卫星进行跟踪、测轨、遥测和遥控。卫星运行到第47圈，遥控站按时发出了卫星返回调姿遥控指令，地面接收站立即收到了卫星调姿过程的遥测参数。遥控站又发出了返回舱与仪器舱解锁和启动时间控制器的指令，仪器舱上的分离火箭点火工作，两舱分离。接着，根据指令，返回舱起旋，返回舱上的制动火箭点火、工作。“尖兵”卫星在轨道上运行了三天，于11月29日11时许，返回舱携带着照相胶片等试验资料，按预定计划返回地面。毛泽东兴致勃勃地观看了卫星获得的遥感资料。叶剑英高兴地称赞这颗卫星有功。返回式遥感卫星的发射、回收成功，是我国航天技术发展史上的一个新的突破，标志着中国航天技术跻身于世界先进行列。中国成为继美、苏之后第三个掌握卫星回收技术和航天遥感技术的国家。
在核武器研制试验方面，也打破了多年的沉寂。
1975年10月下旬，张爱萍同国防科委副主任陈彬、二机部副部长张均等奔赴新疆南山马兰训练基地，组织第17次核试验。这是一次地下核试验，是我国第二次地下平洞试验。张爱萍听取了这次核试验准备工作情况的汇报，又亲临各参加试验的部队和部门仔细检查。10月27日，第二次平洞地下核试验爆炸成功。这次地下核试验在近区物理诊断测量方面取得了较多的重要数据，较好地解决了坑道自封闭、快速取样、近区物理测量、抗电磁干扰等方面的技术问题，提高了地下核试验的技术水平。与此同时，竖井地下核试验方案开始设计。