在款待美國飛行員的歡迎會上，張愛萍舉起了相機。他不但攝下了歡迎的場面，還利用相機的自拍功能，同美國飛行員合了影。
40年後的1984年6月，已經擔任國務委員兼國防部長的張愛萍，應美國國防部長溫伯格的邀請訪美。在結束與溫伯格的會談後，美方安排張愛萍與仍健在的三位飛行員見面。而那張合影照就成了傳達友誼、重溫曆史的最好禮物。
1964年10月13日，離試爆僅有三天，張愛萍居然帶著試驗總指揮部全體人員，游覽了羅布泊邊上的樓蘭古國遺址。幾年前在飛機上，他就看到了這處遺跡，但一直也沒有時間去看，只好打算在爆炸成功後去看一看。在臨試爆的時候，他改變了主意："不是成功了再看，而是看完了再成功。"這是在大戰前夕的一次放松，正應了"每臨大戰有靜氣"的說法。
難怪王淦昌說："愛萍同志在原子彈爆炸前夕，組織我們來這里游覽，確有大將風度。"
1964年10月16日下午3時，首次核試驗委員會主任和核試驗現場總指揮張愛萍精心組織，靠前指揮，保證了我國第一顆原子彈塔爆試驗成功。
核爆兩個小時以後，張愛萍和張蘊鈺等穿上防護服，坐著直升機到了爆心上空，親眼看到鐵塔鋼架扭曲在地上。
幾乎在第一次核爆成功的同時，張愛萍的目光又投向了一個更超前的領域。1965年初，他對中國科學院和錢學森提出的《關于發展衛星研制工作的綱要和建議》組織了研究論證，認為我國開展衛星工程研制的技術基礎已經基本具備，應統一規劃，統籌實施。隨後，他又參與了第一顆人造地球衛星研制的組織領導工作。
此後的1965年5月，張愛萍又成功組織指揮了首次原子彈空爆試驗。
這年的9月，為落實毛澤東關于軍隊參加"四清"的指示，張愛萍到江蘇揚州一個叫方巷的村子搞起了"四清"。這年12月8日的"上海會議"上，總參謀長羅瑞卿受到沖擊。作為副總長的張愛萍不久即被劃入另冊，他自己還被蒙在鼓里。