而《關于12年內我國科學對國防需要的研究項目》則是在張愛萍副總參謀長向中央軍委提交的《關于12年內我國科學對國防需要的研究項目的初步意見》基礎上形成的。這個初步意見明確提出，"應取得蘇軍的軍事科學技術研究機構對我軍的科學研究工作予以全面的協助，建議我軍爭取在最近航空、導彈代表團赴蘇談判時將此事向蘇方提出，即進行全面合作，正式建立協作關系"。
4月23日中共中央發出通知說："中央已經決定對于原子能的研究和建設事業，采取最積極的方針，並且在蘇聯的幫助下，爭取在較短的時期內接近和趕上世界的先進水平。因此，必須迅速地全面地開展對于鈾及各種特殊金屬的勘探、開采和冶煉工作，進行各種化工材料的生產、各種特殊機械及儀表的制造，原子堆和加速器的設計和建造，以及原子能科學研究和干部培養等一系列新的工作。"通知認為，"當前最急迫的是必須由全國各地和中央各部門抽調一批優秀的技術干部和行政干部，以及一定數量的技術工人和普通工人，在蘇聯專家的指導下，立即開始學習和工作"。為此，中共中央決定：1956年所需的2462名高等學校畢業生和760名中等技術學校畢業生由國家計劃委員會直接分配，同時限令是年5月和7月"從全國各地和中央各部門中抽調干部1895名(其中技術干部819名)、工人5055名參加這一工作"。
中蘇之間的原子能工業援助協議達成以後，在繼續勘探鈾礦的同時，開始考慮建設核工廠。
1956年底，蘇聯選廠專家陸續來華，與中方進行了仔細研究。選廠原則參考蘇聯的經驗，就是"安全、隱蔽，交通方便，水電充足"，並兼顧核工業的未來發展，也就是要有大一些的空間。可在上世紀50年代，能同時滿足上述條件的地方確實是鳳毛麟角。結果跑了兩個多月、好幾個省自治區，才在蘭州經中央協調後，將一處飛機制造廠改成了鈾濃縮廠。選定玉門為原子能聯合企業的廠址。核燃料元件廠則定在了包頭。
1956年波蘭和匈牙利事件發生後，中國給予赫魯曉夫很大支持。于是，赫魯曉夫"在向中國提供複雜的技術幫助方面再讓了一步"。
1957年3月，三機部制訂了第二個五年計劃，要求在1962年以前在中國建成一套完整的、小而全的核工業體系。3月底，中蘇代表在莫斯科簽訂了《關于在特種技術方面給予中華人民共和國援助的議定書》。
1957年6月，赫魯曉夫在同馬林科夫、卡岡諾維奇、莫洛托夫進行黨內斗爭中，迫切希望能得到中共的支持。雙方商定，中國代表團將在1957年9月赴莫斯科談判。但赫魯曉夫十分希望毛澤東能親自到莫斯科，出席在莫斯科舉行的共產黨和工人黨會議。毛澤東提出只有簽訂了向中國轉讓生產核武器及其運載工具的材料和模型的軍事技術協議後，他才前往莫斯科。
1957年10月15日，中蘇正式簽署了《關于生產新式武器和軍事技術裝備以及在中國建立綜合性原子能工業的協定》(簡稱《國防新技術協定》)，蘇聯允諾在核武器方面給予中國相應的幫助。
之後，三機部即著手組建研制生產原子彈的機構——核武器局（即九局）。調西藏軍區副司令員兼參謀長李覺任九局局長。
1958年6月，蘇聯援助的實驗性重水反應堆和回旋加速器建造成功。得此消息後，毛澤東在6月21日中央軍委擴大會議上充滿信心地說了下面一番話："原子彈就是這麼大的東西，沒有那東西，有人就說你不算數。那麼好吧，我們就搞一點吧。搞一點原子彈、氫彈、洲際導彈，我看有十年工夫完全可能。"