五院科研人员大量增加后，钱学森按照仿制与研发的要求，研究、筹划了与之相配套的新体制，重新组织分工，仿制工作随即全面展开。钱学森夜以继日投入到设计工作及组织攻破关键技术的工作，白天他带领年轻人在实验室做实验，夜晚则与他们一起做课题论证，推导运算。为了“东风一号”的仿制，钱学森不知度过了多少不眠之夜，大型导弹工程千头万绪，事事要从头干起，谈何容易？在导弹总体设计部，在控制系统研究室，在弹体结构研究室，在推进剂研究室，到处都有钱学森的身影。当然，在百忙中，他始终牢牢抓住主要矛盾，将主要精力倾注在火箭发动机上，这是导弹的“心脏”，是关键中的关键！

　　所幸一开头，绝大多数苏联专家对中国的援助是诚心诚意的，这使得钱学森肩上的担子略显轻松。然而，好景不长，中苏关系的“蜜月期”很快便结束了，代之而来的，是愈来愈冷的“冰河”期。1959年6月，苏共中央致函中共中央，提出暂缓向中国提供原子弹教学模型和图纸资料。1959年9月，苏方对应供给五院的100吨不锈钢材，突然翻脸不认帐了。随后，苏方应提供而未提供的所有图纸资料及相关样品，则一律封杀。

　　他向毛泽东建议：“组织全国大协作”

　　1960年6月24日至26日，在罗马尼亚首都布加勒斯特举行的各国共产党和工人党代表会议上，苏共对中共突然发起全面攻击，中共则予以反击。两党在意识形态领域的大论战就此爆发，两国关系随即进入“冰河”期。

　　同年7月14日，苏联政府照会中国政府，在一个月内，撤走在华的全部一万两千名专家，并带走相关重要设计图纸及资料，同时停止发送建设急需的设备、关键部件和重要物资。这意味着，苏联单方面撕毁了与我国签订的343个专家合同与合同补充协议书，废除了257项科技合同。苏方的背信弃义，对于正蹒跚起步的中国火箭、导弹以及航天事业来说，无疑是一次近乎毁灭性的打击。正在北戴河召开中共中央工作会议的毛泽东获知此事后，气得用拳头擂着桌面，说道：“我们要下定决心搞尖端技术！赫鲁晓夫不给我们尖端技术，极好，如果给了，这个帐是难还的。我看，应该给赫鲁晓夫一吨重的勋章！”

　　苏联专家撤走后不久，钱学森扣开了聂帅家的红漆大门，他对聂帅说：“苏联专家撤走了，这是预料之中的事情。只不过事情来得早了一些，突然了一些。”聂帅点点头。接着，两位将帅相对而坐，久久地沉默。“你觉得我们的导弹事业能够顺利地进行下去吗？”聂帅终于开口问道。“能，我们能够成功?选”钱学森充满信心地回答，这不是一般的回答，而是有底气的承诺。在关键时刻，钱学森的大智大勇，已远远超过一个普通的爱国科学家可能达到的思想境界，此时的他已经是一名光荣的有远大追求的中国共产党党员了。

　　早在钱学森回国的旅途中，一名美联社记者曾问他是不是共产党员，钱学森毫不迟疑地回答说：“我还不够作一名共产党员，因为共产党员是具有人类最崇高理想的人。”回国以后，钱学森虽然没有急于向党组织表露自己的这种向望和追求，但他在实际行动上，却处处以共产党员的标准严格要求自己，自觉地运用辩证唯物主义哲学思想指导自己的工作和科研事业，他的无私奉献和崇高的爱国主义情怀，感动和激励着他周围的所有党员和群众。

　　1969年，新中国建国10周年前夕，经杜润生、杨刚毅两位党员介绍，钱学森光荣地加入了中国共产党，成为一名共产党员。当天晚上，钱学森激动得彻夜未眠，他说，这是他一生中最难忘的一天，因为，这种时刻，一生中只有一次。

　　听了钱学森充满必胜信心的话语，聂帅精神为之一振，他说：“你的话和中央想到一块儿去了。毛主席最近说，赫鲁晓夫不给我们尖端技术极好，应该给赫鲁晓夫一吨重的勋章。”听到毛主席如此诙谐、又充满自信的语言，钱学森笑了，聂帅也笑了。聂帅继续说道：“我们党有了你们这样一批科学家，就是有天大的困难，也能够把我们的事业继续下去，发展起来。你常说，中国人是很聪明的，中国的科技人员并不比洋人笨。我们就是要依靠自己的专家和工人，搞出自己的火箭、导弹来。”聂帅的话充满期待、信任与鼓励，钱学森边听边激动得连连点头。

　　其实，早在1958年夏季，从中共高层到负责研制“两弹一星”的专家，对中苏关系日后的走向便有了深深的忧虑。是年8月28日，一个星期四的下午，在中南海丰泽园，毛泽东的办公室兼寓所。国防部五院院长兼中科院力学研究所所长钱学森中将和二机部副部长兼中科院原子能研究所所长钱三强向毛泽东汇报国防尖端科研的进展情况。周恩来总理、聂荣臻副总理和宋任穷上将也在座。

　　钱三强首先汇报了原子弹的研制情况，讲到二机部已拥有上千人的原子弹研究队伍，相关准备工作正按原定计划展开。接着，他说：“如果考虑到苏联在履约上有变化，我们在人力、物力、财力和技术等方面会遇到很大困难。比如，我们的铀原料就不够用，需要将目前的铀矿扩展几百倍，这样，我们的开采量才能满足需要。”这时，周恩来插话道：“我们还是要以自力更生为主，争取外援为辅，要做好立足国内的思想准备。”

　　毛泽东静静地听着，依然一支接一支地吸烟，透过重重烟雾，他将视线落在了坐在他左边的钱学森身上。“怎么样，”毛泽东问钱学森，“钱学森同志，你说说看。”钱学森沉思了片刻，说道：“周总理说得好，关于两弹的研制，要有立足国内的思想准备，这就需要组织全国大协作。”“哦，这个建议很好，”毛泽东显然很感兴趣，他将烟蒂在烟灰缸里捻灭，站起身，走到周恩来面前，一再叮嘱，要尽快组织落实。后来，毛泽东在中央关于研制“两弹”的一个重要文件上，作了如下批示：“要大力协同，做好这项工作。”