编制规划与出台相关政策
通过组织编制系列科技发展规划，实现科学技术与国家事业的协同发展。尤其“十二年科技规划”，作为第一个全国性的科学技术发展远景规划，是中国全面规划科技大发展的标志，影响深远。该规划直接关系到“两弹”等重大科研任务的突破。此后，国家科委又组织编制了《一九六三至一九七二年科学技术发展规划》（简称“十年科学规划”）。系列科研规划的制定与实施，明确了阶段性重点，提升了整体水平，在一定程度上解决了地区与领域的科教与工业发展不平衡的状况，促成“两弹一星”等重大领域的突破，形成“集中力量办大事”和“以任务带学科”的发展模式。
通过出台系列政策与法规，政府能够有效规范与协调科技发展出现的问题。中央先后颁布《关于在科研机构中坚持八小时工作制和保证科学研究时间的通知》（1960 年）与《关于自然科学研究机构当前工作的十四条意见》（1961 年），扭转工作中“左”的作风；发布《工农业产品和工程建设技术标准暂行管理办法》（1961 年）、《新产品新工艺技术鉴定暂行办法》（1961 年）、《发明奖励条例》（1963 年）和《技术改进奖励条例》（1963 年），规范技术标准，鼓励发明创造；全国传达《中国科学院工作汇报提纲》（1975 年）和《关于加快工业发展的若干问题》（1975 年），总结经验教训，加强自然科学研究和工业技术改造。
从依靠苏联援助转向自力更生
通过实施“156 项工程”等援建项目，大规模地引进苏联与东欧技术，我国初步建成门类比较齐全的工业体系。“156 项工程”实际落实 150 项，其中能源工程 52 项，机械工程 24 项，材料工程 20 项，兵工、船舶、电子、航空航天等军工 44 项，化工 7 项，轻工与医药 3 项，涉及我国工业基础的诸多领域。期间，留学苏联和东欧的人员已经超过 16 000 人。双方的技术转移涉及生产工艺与成套设备、技术资料、产品设计与制造技术、工业建设的设计任务等方方面面。根据双方协定，1954—1959 年中方向苏方提供 16 万吨钨砂、11 万吨铜、3 万吨锑、9 万吨橡胶等原料。中苏合作项目的实施，帮助中国构建了比较完整的基础工业与国防工业体系，形成了中国的经济结构与科技力量的布局，锻炼和培养了一大批国家建设急需的专业人才。
在苏联专家撤走之后，中国科技发展从依靠苏联援助，转而强调自力更生，体制也随之而变。由于中苏关系的破裂、美国在中国东南沿海的攻势，中国进行“三线建设”，再次调整工业布局和技术力量的分布，也促进对苏联、东欧技术的消化吸收。此外，大型项目的实施、规划的编制、人才的培养等方方面面，改变了此前照搬照抄、片面学习苏联的局面。例如，努力消除强制推行李森科学派遗传学，纠正批判化学“共振论”、“量子力学中的唯心主义”和相对论等带来的消极影响。“冷战”时期，我国强调依靠自力更生实施科技攻关，解决了若干“瓶颈”问题，促进了一批重要的突破性成果的产生，如“两弹一星”、人工合成结晶牛胰岛素、杂交育种、青蒿素、血吸虫病等传染病的防控、哥德巴赫猜想研究的重大进展、大庆油田的发现与开发、南京长江大桥的建设、万吨水压机与“九套大型设备”的研制等。
全面规划带来的成就与问题
通过经费投入的快速增长，直接促进研究特别是应用研究的发展。1960 年全国科研经费比 1952 年增长近 60 倍。不过，相比工农业急需的应用研究，基础研究的投入比较有限。实际情况正如周恩来在知识分子问题会议上所说：“我们在目前需要和技术工作方面多投一些力量，而对于长远需要和理论工作方面注意得比较少，这是难免的，也是可以理解的。但是到了现在，如果我们还不及时地加强对于长远需要和理论工作的注意，那么，我们就要犯很大的错误。”1972 年，周恩来再次强调基础研究的重要性，“这件事不能再延迟了，科学院必须把基础科学和理论研究抓起来”。然而，由于国家经济实力不济，基础研究的投入未能有明显改观。
全面规划科学技术，使得中国迅速建起能够与国家事业高度结合的、完整而自主的科技体制，基本完成了科技事业体系化与规模化的转变。此阶段出台的战略、方针、政策，多能从实际国情出发，目标指向主要是打基础，努力消除明显的空白领域，解决“有无”是比“优劣”更为迫切的问题。人工合成结晶牛胰岛素、青蒿素等成果，依靠国内“大协作”——集体攻关而达到世界先进水平，全国科研的整体水平却仍处于明显的追赶阶段。而在政治运动期间，知识分子政策、科技发展思路出现摇摆。“文革”更是重创中国的科技事业，正常的科研教育活动受到严重干扰，甚至停滞，科技体制存在亟待解决的问题。