1946年的夏天，邓稼先受聘北大物理系助教而回到阔别了六年的北平。在北大任助教期间，认识了两名和他一生中的关系很大的学生。第一位，是他日后默默支持他的妻子许鹿希；另一位，是当时在物理系读书的于敏，二十年后邓稼先与他合作，为氢弹的理论设计作出了杰出的贡献。
     1947年顺利地通过了考试，留学美国。而他留学海外的目的并非是镀金。而是为了学成更好地为祖国服务。在西南联大打下的坚实基础此时在美国学习的时候显露出来，邓稼先各门功课优异，并且拿到了奖学金。甚至第二外语课他一次没上过，居然也能顺利通过考试。三年的博士课程，邓稼先仅仅用了一年零十一个月便读完学分，并完成博士论文，顺利通过了博士答辩，获得了博士学位。
     1950年的8月29日，邓稼先收拾行李登船回国。他记得小时候离开北平时父亲的嘱托“要学科学”，他也坚信中国共产党必将领导建立一个崭新的中国，而建设国家需要人才。他眼下迫切要做的就是用自己所学的科学知识，报效自己多灾所难，在科技方面还远远落后于世界其他国家的祖国。
     1950年10月，回到祖国的邓稼先很快被安排在中科院近代物理研究所工作，一直到1958年的8月钱三强交给他任务的那一天。这八年的时光是他一生中最为轻松幸福的时候，也是我国刚刚摆脱百年欺凌，建设新中国的黄金时期。
     当时，许鹿希就站在邓稼先的身后，她心里知道，丈夫正在承受着强烈的爱国心和责任感的折磨，他需要从这首曲子里获得勇气和力量，他要去紧紧地扼住原子弹的喉咙。
    1953年，邓稼先和许鹿希女士结婚，次年生了一个女儿和一个儿子。1956年，他光荣地加入了中国共产党。
     每天下班回来，邓稼先就先逗女儿叫爸爸，还要叫“非常好爸爸”、“十分好爸爸”。儿子六七岁的时候，天一黑他就带着儿子去逮蛐蛐，抓青蛙，常常是爷俩弄得满身是土回来。周末他们常常带着两个孩子去游泳，邓稼先虽然在物理上颇有建树，但游泳却是外行，因为他白白胖胖，儿女们亲切地叫他，大白熊。他呢，也乐呵呵地答应着。
     但自从邓稼先从钱三强的办公室出来后，心里非常明白，从今以后，他必须隐姓埋名，不能发表学术论文，不能公开作报告，不能出国，不能随便与人交往，不能说自己在那里，更不能说在干什么，上不告父母，下不告妻儿。
     对于一个保持着儿时天性的人来说，相当一段时间里，他有种被束缚的感觉，但是新中国需要原子弹以壮国威。因此，回到家他对妻子说，做这件事，他死而无憾。
     而当时世界核物理方面的情况是这样的：1941年5月，日本就开始研究原子弹，但跑遍日本和朝鲜，也没找到可供开采的铀矿。德国制造原子弹的计划也因其他国家的阻挠而完结。只有美国可以成吨地生产核原料。
     1958年8月开始，邓稼先调入二机部九院任理论部主任。担任原子弹理论设计的总负责人。研制工作一开始，是有苏联专家帮助的，但后来情况起了变化。苏共中央很快借口当时苏联与美国等西方国家正在日内瓦谈判关于禁止试验核武器的协定，中断向中国提供原子弹的有关技术资料等协议的项目。苏方这种背信弃义的做法给中国原子弹的研制工作造成了重大困难。
    依靠外援是靠不住的，压在邓稼先肩膀上的担子越发沉重了！
    当时对于制造原子弹，国内可以说是一片空白。自主研制，谈何容易。从哪里入手？这是邓稼先第一个要思考的问题。
     那一段时间，邓稼先在思考的时候，常常喜欢坐在阳台上静静地听音乐。不过，有一天，妻子许鹿希发现他换了个曲子《命运交响曲》。
     邓稼先的思考终于找到了方向，他决定，从中子物理，流体力学，高温高压下物质性质三个方向作为研究的主攻方向。不要小看这三个方向。这等于是找到了原子弹喉咙的位置。
     接下来，邓稼先迅速把理论部的人员组成三个组，分别攻关。研究人员开始进入一个齐头并进的繁忙期，他们用算盘，计算尺，手摇计算机，甚至纸笔来计算着人们难以想象的大量数字，算完的纸一扎扎、一捆捆地装在麻袋里，堆满了屋子。每一个数值都要反复核对，确保准确无误。一个关键数据算一遍要有上万个网点，每个网点要解开五六个方程式。
     有一次，忙了一夜的邓稼先接听一个电话，一听就说计算错误了。许鹿希问他，你又没算你怎么知道。邓稼先说我有个粗估，他们怎么算都不能出我这个粗估范围，出了，就肯定是错的。回头再算。
     还有一件事，在1960年，他们曾经遇到了一个前所未有的难题。苏联专家以前曾经随口说出一个关键数值，后来经过计算得出的结果和苏联专家说的并不符合。
     就这样，邓稼先带领大家反复演算了九遍，演算纸都从地面堆到了房顶。最终证实苏联专家的数值是错误的。后来着名科学家华罗庚评价这次计算说这是“集世界数学难题之大成”的一次计算。
    1961年，经过整整三年的计算，邓稼先带领的研究人员终于敲开了原子弹设计的大门，原子弹的蓝图基本成型。
    1964年10月16日，中国的第一颗原子弹按照邓稼先他们的设计，顺利地在沙漠腹地炸响。
    在这巨大的蘑菇云的后面，大家可能有所不知，早在一年前，邓稼先就已经率领原班人马开始了氢弹的理论设计。
     氢弹不是一些人想象的那样，在原子弹的基础上提高一步就行了，简单地说，原子弹是利用核裂变过程获得能量。而氢弹呢，是利用核聚变的原理获得能量，二者正好相反，好比是一个打碎一个合并。但是氢弹的聚变反应必须由原子弹裂变时产生的高温来点燃。这就是为什么氢弹的研制必须要有原子弹的缘故。