机构设置与政策安排
从机构设置来看，中科院为加强对国防尖端任务的组织与管理，先后成立了一系列的专项组织与部门，如原子核科学委员会、新技术办公室、新技术办公局、协作小组等。1958 年 7 月，为加强原子核科学的研究，成立了中科院原子核科学委员会，并由李四光任主任委员，张劲夫、刘杰、钱三强任副主任委员。中科院原子核科学委员会成立后，组织建立了原子能化学联合作业组、反应堆材料协作小组，部署稀有金属矿的采、选和材料研究，制定了原子能有关化学研究工作联合作业协议书，协调各化学相关研究所的分工。
1958 年 9 月13日，中科院党组决定成立党组新技术办公室，作为专抓国防尖端研究的办事机构，并由院计划局副局长谷羽兼任办公室主任。1959 年，由国家科委、国家计委等组成了“中央新技术材料小组”（中科院也派人参加），负责提出对新材料的要求，以及安排科学研究、中试和工业化生产。新技术办公室组织安排了许多相关研究所承担“新型材料专案”的研究任务，一些相关研究所也做了相应调整，如建立必要的中试车间。1960 年 5—9 月，在国家科委的支持下，新技术办公室抽调专人，会同 17 个部门及其下属 100 多个研究单位，确定在全国建立 26 个测试基地；其中，中科院负责筹建 14 个，另有 10 个由国防科委归口、协调，中科院有关研究所协助进行。
1960 年 7 月2日，经国家计委批准，新技术办公室改组为中科院新技术局（以下简称“新技术局”），负责管理全院有关国防尖端科研工作。由谷羽任局长，张和清、王世珍、苏景一任副局长。新技术局归口管理的研究所和工厂，承担了国防科委、二机部、国防部第五研究院（以下简称“五院”）提出的支持原子弹、氢弹、导弹研制的配套科研、试制和小批量生产任务，以及由中央专委下达的人造地球卫星等方面的任务。
1961 年，为加强协作，充分发挥中科院有关研究所的作用，更密切地为“两弹”服务，中科院分别与二机部、五院成立了两个协作小组。中科院与二机部的协作小组由刘杰、钱三强、张劲夫、裴丽生、刘西尧组成；与五院的协作小组由王诤、钱学森、张劲夫、裴丽生、刘西尧组成。
从政策安排来看，中科院先后发布一系列报告并建立规章制度以确保“两弹一星”工程相关任务的优先性。1959 年，中科院确定“三大抓”，即“抓尖端、抓重大、抓基本”。“抓尖端”是指在尖端科学技术方面，以原子能利用和人造卫星上天的研究为重点，同时发展电子学、半导体、自动控制、计算技术、高温合金、高能燃料、超高压、低温、超真空等一系列新技术。1960 年 10 月13日，裴丽生［4］在《在尖端科学研究所所长计划会议上的报告》中指出，“在国家全面安排和保证之下，以保证‘两弹’任务为纲，尽力地配合国防建设需要，为国防建设服务……但尖端科学研究所必须给予尽可能的支持。”1960 年 11 月25 日，中科院党组提出了“一保、二补、三探”，作为各研究所 1961 年国防科技研究任务的指导原则。“一保”，即积极配合保证五院和二机部的设计、试制需要；“二补”，即中科院自行提出研究试制项目，作为国家第一位任务的补充；“三探”，即为下一步工作探路。
从人数、机构数、科研项目数来看，中科院广泛而深入地介入到“两弹一星”工程的全过程之中。到 1958 年下半年，中科院已有和正在筹建的研究机构有 77 个。其中，以大部分力量发展尖端技术和承担国防任务的研究所有 11 个；以部分力量配合国防尖端研究的研究所有 14 个。初期有 34 个研究所归口新技术局，到 1965 年，由新技术局归口管理的研究机构有 47 个（当时中科院总机构数为 107 个，即归口新技术局的机构占到总机构数的 43．9％）、仪器工厂 4 个。参与尖端技术研究人员达 1 万余人，其他的技术辅助人员、技术工人和管理人员 2 万余人，其他配合的研究人员投入 1 万余名，总计 4 万余人，占全院人数过半。1960 年，中科院为国防科委安排的科研项目共 276 项；其中必保的 97 项，重要的 114 项。
计算机专项
中科院与其他单位合作研制的计算机，是“两弹一星”工程必不可少的通用性利器。1956 年，在王守武的领导下，以中科院物理研究所半导体研究室为主，辅以二机部华北无线电元件研究所、南京工学院等单位的科研人员共 40 余人，研究了半导体锗单晶的提纯和掺杂工艺，并研制锗晶体管。1958 年 8 月，用合金扩散法制成中国第一批锗高频晶体管。1958 年，中科院在物理研究所创建了我国最早的晶体管生产工厂——中科院 109 工厂，从事锗高频晶体管的批量生产。到 1959 年底，该厂为 109 乙型计算机（以下简称“109 乙机”）提供了 12 个品种、145 000 余只锗晶体管。中科院组织成立了 109 乙机领导小组，组长阎沛霖、副组长李德仲，技术负责人为蒋士騛；参加协作的有中科院下属的 109 工厂、西北计算技术研究所、武汉数学计算技术研究所等，以及四机部 15 所、五院 706 所、二机部有关所和相关高等院校。1958 年 8 月，开始 109 乙机总体设计和线路试验工作。1965 年，研制成功我国第一台第二代通用数字计算机——109 乙机，该机为氢弹的研制作出了贡献。
1959 年，在吴几康、张效祥的领导下，中科院计算技术研究所与北京有线电厂合作，成功仿制出 104 型计算机，该机器承担了中国第一颗原子弹研制中的计算任务。自1960 年起，中科院自动化研究所与上海科学仪器厂协作，共同研制大型模拟计算机（代号“J－331”），并于 1964 年完成。J－331 是当时国内最大的电子管模拟计算机，具有技术指标先进、反应速度快、参数修改容易和操作灵便等特点，为火箭、原子能等工业系统的研究、设计工作，提供了有力的计算和模拟工具。
1964 年 3 月，二机部提出要在 1967 年底之前使用每秒运行约 20 万次的大型计算机。3 月 20 日，中科院计算技术研究所成立了以阎沛霖为组长、王正为副组长的 109 丙机核心组。同年 11月，中科院计算技术研究所学术委员会扩大会审议 109 丙机初步设计方案，时任中科院副院长吴有训和二机部有关人员参加了审议。1965 年 4 月20日，成立了以王正为组长，蒋士騛、范新弼为副组长的技术核心组。二机部派人参加协作，所需硅晶体管和锗晶体管由 109 厂和公安部辽河实验工厂生产。109 丙机是 20 世纪 60 年代中期中国自行设计的比较成熟的大型计算机，字长 48 位，平均运算速度每秒 11．5 万次，共生产了 2 台。该机器完成了“东方红一号”人造卫星的飞行轨道计算任务、中国第一代核弹定型和发展的计算工作、中国运载火箭早期各型号从方案设计、初步设计、飞行试验、飞行精度分析到定型生产的理论计算。
1964 年，在吴几康的领导下，辅以 10 多个单位的协助，中科院计算技术研究所设计并研制成功中国第一台大型通用数字电子计算机——119 型计算机。参加的科研人员达 250 人左右。1964 年 10 月，华东计算技术研究所将 119 型计算机复制了一台，定名为 J501 计算机。这两台机器完成了研制第一颗氢弹的计算任务。