1972年，邓稼先担任核武器研究院副院长，1979年又任院长。1984年，他在大漠深处指挥中国第二代新式核武器试验成功。翌年，他的癌扩散已无法挽救，他在国庆节提出的要求就是去看看天安门。1986年7月16日，国务院授予他全国“五一”劳动奖章。同年7月29日，邓稼先去世。他临终前留下的话仍是如何在尖端武器方面努力，并叮咛：“不要让人家把我们落得太远……”
     一次，航投试验时出现降落伞事故，原子弹坠地被摔裂。邓稼先深知危险，却一个人抢上前去把摔破的原子弹碎片拿到手里仔细检验。身为医学教授的妻子知道他“抱”了摔裂的原子弹，在邓稼先回北京时强拉他去检查。结果发现在他的小便中带有放射性物质，肝脏被损，骨髓里也侵入了放射物。随后，邓稼先仍坚持回核试验基地。在步履艰难之时，他坚持要自己去装雷管，并首次以院长的权威向周围的人下命令：“你们还年轻，你们不能去！”1985年，邓稼先最后离开罗布泊回到北京，仍想参加会议。医生强迫他住院并通知他已患有癌症。他无力地倒在病床上，面对自己妻子以及国防部长张爱萍的安慰，平静地说：“我知道这一天会来的，但没想到它来得这样快。”中央尽了一切力量，却无法挽救他的生命。在邓稼先去世前不久，组织上为他个人配备了一辆专车。他只是在家人搀扶下，坐进去并转了一小圈，表示已经享受了国家所给的待遇。在他去世13年后，1999年国庆50周年前夕，党中央、国务院和中央军委又向邓稼先追授了金质的“两弹一星功勋奖章”。
     中国能在那样短的时间和那样差的基础上研制成“两弹一星”（原子弹、氢弹和卫星），西方人总感到不可思议。杨振宁来华探亲返程之前，故意问还不暴露工作性质的邓稼先说：“在美国听人说，中国的原子弹是一个美国人帮助研制的。这是真的吗？”邓稼先请示了周恩来后，写信告诉他：“无论是原子弹，还是氢弹，都是中国人自己研制的。”杨振宁看后激动得流出了泪水。正是由于中国有了这样一批勇于奉献的知识分子，才挺起了坚强的民族脊梁。      
     1950年，邓稼先从美国普渡大学回国，先后担任中国科学院物理数学学部委员、国防科工委科技委副主任、核工业部第九研究院院长等职，被选为中国共产党第十二届中央委员会委员、全国劳动模范。他签署了我国第一颗原子弹总体计划。
1948年，邓稼先怀着科学救国的理想，远渡重洋去美国留学，在普渡大学当研究员，仅用一年多的时间就获得了博士学位。
     有人劝他留在美国，但邓稼先婉言谢绝了。1950年10月，他怀着一颗报效祖国的赤子之心，放弃了优越的工作条件和生活环境，和二百多为位专家学者一起回到国内。一到北京，他就同他的老师王淦昌教授以及彭桓武教授投入中国近代物理研究所的建设，开设了中国原子核物理理论研究工作的崭新局面。1956年，邓稼先光荣地加入了中国共产党。
当时，中央决定，依靠自己的力量发展原子弹。当邓稼先得知自己将要参加原子弹的设计工作时，心潮起伏，兴奋难眠，这是一项多么光荣而又神圣的职业！但同时他又感到任务艰巨，担子十分沉重。
     从此，邓稼先怀着以最快速度把事业搞上去的决心，把全部的心血都倾注到任务中去。
首先，他带着一批刚跨出校们的大学生，日夜挑砖拾瓦搞试验场地建设，硬是在乱坟里碾出一条柏油路来，在松树林旁盖起原子弹教学模型厅...... 
     在没有资料，缺乏试验条件的情况下，邓稼先挑起了探索原子弹理论的重任。为了当好原子弹设计先行工作的“龙头”，他带领大家刻苦学习理论，靠自己的力量搞尖端科学研究。邓稼先向大家推荐了一揽子的书籍和资料，他认为这些都是探索原子弹理论设计奥秘的向导。
由于都是外文书，并且只有一份，邓稼先只好组织大家阅读，一人念，大家译，连夜印刷。
为了解开原子弹的科学之迷，在北京近郊，科学家们决心充分发挥集体的智慧，研制出我国的“争气弹”。那时，由于条件艰苦，同志们使用算盘进行极为复杂的原子理论计算，为了演算一个数据，一日三班倒。算一次，要一个多月，算9次，要花费一年多时间，常常是工作到天亮。作为理论部负责人，邓稼先跟班指导年轻人运算。每当过度疲劳，思维中断时，他都着急地说：“唉，一个太阳不够用呀！”
      为了让同他一起工作的年轻人也得到休息，得到工作之余的稍许娱乐，他总是抽空与年轻人玩十分钟的的木马游戏。有一次，王淦昌教授看见了他们在玩这种游戏，老教授又好气又好笑，斥责说：“这是什么玩法，你还做儿戏呀。” 邓稼先笑说：“这叫互相跨越！”

      互相跨越，这是一种多么亲密的同志关系啊！正是靠着这种关系，邓稼先和同事们一起克服了一个个科学难关，使我国的“两弹研制”以惊人速度发展。
      1964年10月16日，我国第一颗原子弹横空出世......
      不久，我国第一颗氢弹威震山河......
      1986年7月29日，邓稼先因癌症不幸逝世，终年62岁。人民将永远怀念这位被称做“两弹”元勋的这位我国核武器研制工作的开拓者和奠基者。