7月28日，周恩來向中央提出《關于原子能建設問題》的報告，將中國原子能工業建設與發展問題，再次向毛澤東和中共中央作了書面報告，報告對原子能工業的建設速度和投資問題、技術干部問題、保證完成任務應采取的一些措施做了詳細說明，並建議成立"原子能事業部"。
11月16日，第一屆全國人大常委會第五十一次會議決定，設立第三機械工業部，主管中國核工業的建設和發展。之前，就搞管理色彩強些的原子能委員會好些，還是單獨成立原子能工業部這樣的職能部門更有利于開展工作，周恩來先後征求了薄一波、劉傑和科學院的張勁夫等多人的意見，最終決定成立原子能工業部。但直接用"原子能工業部"這樣的名稱太顯眼了，蘇聯保衛專家說，不利于保密，所以就用了個比較模糊的名稱，第三機械工業部，1958年2月11日又改稱為二機部（1982年5月國務院機構調整時改為核工業部）。部長由宋任窮擔任，劉傑為常務副部長，袁成隆、劉偉、雷榮天和錢三強是副部長。這一年的12月，國務院還批准了薄一波起草的《關于1956-1967年發展原子能事業計劃大綱（草案）》。
光有幾個部長還不行啊，要調不少人進來才成。劉少奇說，凡是三機部需要的人、凡是提出來要的人，要無條件地調給三機部。陳毅也講，我們不能議而不決，要誰就應該給誰。薄一波還就此專門召集會議，要求有關的部長支援原子能工業事業。
到真正要建鈾濃縮廠的時候，因為投資太大，就出現了反對的聲音。原子能委員會在和蘇聯派來的原子能總顧問紮吉江商量後，確定了一個鈾-235小產量方案，也就是國家財政可以承受的范圍，最終才得以通過。不要小看這一步，它對中國盡早進入原子能領域，以及後來原子能工業和核事業的發展，都具有關鍵意義。
經濟部門考慮財政能否承受不能說沒有道理，但比較而言，顯然部隊高層的態度更積極，心情也更迫切。這一點也很好理解，就是所處的位置和看問題的角度不同。比如說，早在和蘇聯達成援助協議之前，國防部長彭德懷就提出自己搞原子彈。那是在1954年9月9日，彭德懷同劉伯承率軍事代表團，和其他社會主義國家的代表團一起，應邀赴蘇聯參觀原子彈實爆演習。在演習總結會上，蘇聯部長會議主席布爾加甯把一個精美的包裝盒贈送給了彭德懷，內裝蘇聯飛行員空投原子彈的金鑰匙。會後傳看之中，陳賡說了一句："光給一把鑰匙，不給原子彈有啥用？"彭德懷緊接著說："你是軍事工程學院院長，咱們還是自己干吧！"
在1956年3月6日的軍委擴大會議上，彭德懷作戰略方針作報告時，又專門提到"我們必須積極著手研究我國尚不能生產的新式武器（如核子武器、導彈和其他新式武器等）的設計制造問題……為開展此項工作，我軍的軍械部門和各技術兵種必須逐漸建立自己的軍事技術研究機構。建議在國務院或國防部直接領導下積極籌建航空和導彈的研究機構，並准備籌劃核子武器的研究機構"。
同年4月12日，聶榮臻審改了《關于12年內我國科學對國防需要的研究項目》，對武器裝備的發展規劃提出意見時強調，在熱核應用方面，應與原子能和平利用相結合，開展小型核彈頭、核潛艇和軍用動力堆等綜合性的研究。這份規劃，後來成為《1956-1967年科學技術發展遠景規劃綱要（草案）》的組成部分，原子能被列為優先發展對象。