1964年10月16日15时，随着报时员“10、9、8、7、6、5、4、3、2、1，起爆”声的落下，顿时，在西北某地寂静的戈壁深处，出现了强烈耀眼的闪光。接着，地面上突然升腾起一个巨大的火球，像飓风般的冲击波从爆心向四周扩散，一阵惊天动地的爆炸声后，火球转为烟团与地面尘柱逐渐连接在一起，形成了一朵壮观的蘑菇状烟云。看到这种情景，一群戈壁深处的人们欢呼了，跳跃了，他们拥抱在一起，热泪盈眶，因为他们知道，中国自己研制的第一颗原子弹终于爆炸成功了！
大家都知道，世界上第一颗原子弹出现在第二次世界大战即将结束的美国，随着1945年美国在日本长崎和广岛投下两颗原子弹，迫使日本尽早无条件投降后，不仅标志着世界核武器时代的到来，而且标志着美国作为世界上第一个有核武器的国家，在世界武器库中进而在世界事务中处于优势。为此，美国在世界事务中，尤其在朝鲜战争中仗着其拥有核武器，不断对别国进行核讹诈。面对美国的核讹诈，中国人民按照毛泽东的“原子弹是纸老虎”以及“不但要有更多的飞机和大炮，而且还要有原子弹。在今天的世界上，我们要不受人家欺负，就不能没有这个东西”的教导，为了打破帝国主义对核武器的垄断，加强国防力量，开始了原子弹的研制工作。
1955年，中共中央政治局做出一项加紧实施核武器研制计划的决定，并成立了以宋任穷为部长的二机部，进行地质采矿、铀处理、钚生产和铀浓缩工作。
为加快核武器的研制步伐，中国争取到了苏联的援助，在中苏两国签订的《国防新技术协定》中，就有苏联援助中国研制核武器的条款。这个协定开始进展比较顺利，对西北的核武器基地的建设起了促进作用。但随着中苏两党、两国关系的破裂，协定被苏联单方面终止，中国的核武器研制工作受到巨大损失，但却更加坚定了中国自力更生研制核武器的决心。
为此，中央决定成立以聂荣臻为主任的国防科学技术委员会（后改为国防科学技术工业委员会）。
从1958年开始，至1961年，用了仅3年的时间，中国已抽调了包括核物理学家朱光亚、郭家怀、程开甲、陈能宽、龙文光、王淦昌、彭桓武、邓稼先、周光召以及数学家、计算机专家等在内的数千名科技工作者参与核武器的研制工作，并且从铀原料（原子弹用的原料）的选矿到原子武器装配的工厂、设备等方面，已经具备了研制原子弹的基本条件。到1960年春，原子弹的研制工作正式展开。
研制原子弹是一个崭新的课题，中国研制原子弹开始经历了理论设计、爆轰物理研究、中子物理和放射化学研究、引爆控制研究及核装置结构设计几个阶段。
其中，理论设计是在彭恒武、邓稼先、周光召的主持下进行的。在数学家秦元勋、李德元及计算机专家的协助下，经过两年多的大量计算和反复论证，理论设计人员从理论上对以浓缩铀为装料的原子弹的反应过程和性能有了比较系统的理解，并于1963年3月提出了第一颗原子弹的理论设计方案。
爆轰物理试验研究是在王淦昌、陈能宽等的主持下进行的，试验的目的在于验证原子弹的理论设计，对部件进行动态检验。同时，靠试验来解决原子弹研制中的一些关键技术问题。
中子物理和放射化学研究工作是在钱三强领导下由何泽慧等人具体指导进行的。到1963年12月，该小组研制的几种点火中子源在聚合爆轰试验中均获得成功。
引爆控制系统研究中，惠钟锡等科技人员土法上马，经过几个月的刻苦钻研，掌握了引爆控制中的关键设备——同步引爆装置的设计技术。同时，又在规定的时间内完成了引爆控制的其他部分的研制工作。
在进行原子弹的技术攻关的同时。我国在西北地区完成了核武器研制基地的抢建工作。到1964年4月，主要工程陆续竣工，为全面突破原子弹技术创造了条件，也使原子弹的研制工作逐步由北京移至西北进行。
到1964年，用于核装料高浓缩铀的生产和核部件的研制工作也取得成功，第一颗原子弹所需的核部件及浓缩铀都具备了。
在理论设计、爆轰物理、中子物理和放射化学、引爆控制系统、结构设计等几项工作完成以后，广大研制人员进入了最后全面突破原子弹技术难点和全面开展原子弹试验研究工作的阶段。
随着多次局部分解爆轰试验、聚合整体爆轰试验的成功和高浓缩铀核装料的获得，标志着研制原子弹的主要技术难关已经攻克。为了做到稳妥可靠，确保万无一失，研制人员又于1964年元月进行了全尺寸爆轰模拟试验及其他一系列试验，取得了完全成功。
经过4年的努力，经过从局部到整体的爆轰物理试验，从单件到组件，从小尺寸到全尺寸，在经历了千余次小型试验和几次大型试验后，证明了理论设计、部件研制都非常合理，同时还解决了聚合爆轰等关键性技术问题。
万事俱备，只欠东风。物理试验成功后，接下来就是进行原子弹的整体组装和试验了。
由于原子弹的杀伤力和破坏力巨大，因此，对试验场地的要求很高。经过有关方面的仔细考察、论证。最后将我国的核武器试验基地选定在西部荒无人烟的沙漠地带一个叫罗布泊的地方。
根据周恩来总理“一定要保证第一颗原子弹装配、运送和爆炸的安全”的指示，在严密的组织和保护下，第一颗原子弹的核装置先后用火车、汽车安全地运到罗布泊基地，高浓缩铀则直接用专机空运到西北基地。
一切准备工作就绪后，第一颗原子弹试验现场指挥张爱萍将军向中央请示爆炸时间。几天后，中央在审查了长期的天气情况后宣布了第一颗原子弹的爆炸零时：10月16日15时整。
1964年10月16日15时，中国第一颗原子弹终于在罗布泊爆炸试验成功。经过各方面的试验测试，结果证明，中国第一颗原子弹的研究、设计、试验、制造以及各种测试方法，都达到了设计要求。
当通过有防护的玻璃观察到爆炸和产生的烟云时，王淦昌、彭桓武、郭永怀、朱光亚和陈能宽等人为经过多年试验终于成功而激动得不能自控，默默地哭了。
当天下午，当第一颗原子弹爆炸成功的消息传到北京，传到中南海，传遍北京大街小巷每个角落时，北京城成了欢乐的海洋。在人民大会堂，下午4时，周恩来在接见几千名文艺工作者时宣布：“同志们，毛主席让我告诉大家一个好消息，我国的第一颗原子弹已经爆炸成功了！”一阵沉默、发愣后，欢呼声响遍整个大会堂。
第二天，新华社授权向全世界发出公告：我国政府发表声明，中国进行核试验，发展核武器，是被迫而为的。并郑重宣布：中国在任何时候、任何情况下，都不会首先使用核武器。表明了一个爱好和平的民族对核武器的正确态度。
之后，中国于1965年5月14日又在西部地区上空第一次空爆原子弹成功。至此，中国的核武器走上了有限制发展的轨道。