７月初，國防科委機關"造反派"誣蔑聶榮臻"捏造毛主席最高指示和林副主席指示，從政治上陷害毛主席、林副主席"。黃永勝、吳法憲據此寫報告給毛澤東、林彪、周恩來及"中央文革小組"。為保護聶榮臻，7月11日，周恩來在報告上策略地批道：聶榮臻同志有錯誤，但"他還不是一個搞陰謀的人"。
1968年12月11日、13日，周恩來召集中央專委會會議，聽取錢學森關于"東風3號"中程地對地導彈的試驗報告。14日，他向毛澤東建議批准這次試驗，並說："試驗結果，無非成功或失敗，即使失敗，也可在發射過程中取得改進根據，以利再試。"
12月27日，我國用自行研制的"東風3號"導彈成功地進行了一次新的熱核試驗。
在"文革"亂局中，周恩來始終堅持召開中央專委會會議，以保證尖端武器試驗穩妥可靠、萬無一失。他語重心長地對大家說："核試驗關系重大，絕不能有一絲一毫馬虎，我們國家窮，做什麼事，都要考慮到，略有失誤，都會加重人民的負擔。"正是由于貫徹了周恩來的指示，我國的"兩彈"試驗和外國相比，事故最少，傷亡最小，成功率最高。
1970年２月８日，周恩來提出，要在國內搞核電站，要靠發展核電解決上海用電問題。後來，他又指示說，二機部不能只是"爆炸部"，除了搞核彈外，還要搞核電站。
在籌建核電站的同時,第一顆人造地球衛星的"上天"准備工作也進入緊張階段。
1970年４月24日晚，中國第一顆人造地球衛星"東方紅一號"發射成功。
1970年12月26日，毛澤東生日當天，我國第一艘核潛艇試驗下水。
毋庸諱言，由于"文革"的干擾，尖端武器試驗確實出現了一些事故。對此，周恩來並沒有責怪參試人員。他一方面指示暫停試驗，另一方面要求大家坐下來認真總結經驗，找出失敗的原因，再繼續試驗。
"九·一三"林彪事件後，周恩來利用有利時機，重新啟用了一批干部和科學家。
1972年5月18日，周恩來被醫生確診患有膀胱癌。但他依然抱病多次主持中央專委會會議。
1974年４月12日，周恩來主持召開了一次特殊的中央專委會會議，審查二機部一座核材料生產工廠的建設調整方案，並討論清華大學的試驗性核電站工程急需解決的一些問題。這也是周恩來主持召開的最後一次專委會議。這次會議審查批准了上海"728工程"（即後來的秦山核電站工程）的建設方案。在這次會議上，他一再告誡："要想到21、22世紀，要為子孫後代著想。"他關心的不僅是核武器，他的目光更遠大，已經考慮到原子能的和平利用，用核能來解決電能不足的問題，造福更廣大的人民群眾。
此後，周恩來被病魔摧殘的身體，已支撐不起中央專門委員會的工作。令他欣慰的是，中國在1975年11月26日，成功地發射了一顆返回式衛星。
原子彈、氫彈、導彈、人造衛星這一系列成功，都離不開周恩來的精心指導。
1976年1月8日，周恩來告別了他終生奮斗的世界，留下了他未盡的事業，以及他對中國尖端科技事業的永久牽掛。