我国的两弹一星元勋在上世纪50年代经过不懈努力，终于冲破了美国的牢笼成功回国。1959年由于苏联停止对我国核武器的帮助，是我国核研究带来困难。后来，政府决定我们自己做。于是!郭永怀临危受命，他与王淦昌、彭桓武形成了中国核武器研究最初的“三大支柱”。
1960年，中国自己的105名专家学者组成了一支特殊的队伍。郭永怀历任九所副所长、九院副院长，负责力学和工程方面的领导工作。 当时，九院的首要任务就是在一无图纸、二无资料的情况下，迅速掌握原子弹的构造原理，开展原子弹的理论探索真和研制工作。为了便于科技攻关，九院成立了四个尖端技术委员会，郭永怀领导场外试验委员。场外试验涉及到结构设计、强度计算和环境试验等任务，负责进行核武器研制的实验和武器化。郭永怀一方面为科研人员传授爆炸力学和弹头设计的基本理论，另一方面致力于结构强度、振动和冲击等方面的研究，加速建立自己的实验室，组织开展一的前期试验。
在郭永怀的倡议和积极指导下，我国第二个有关爆炸力学的科学规划迅速定出台，从而引导力学走上了与核武器试验相结合的道路。同时，郭永怀还负责指导反潜核武器的水中爆炸力学和水洞力学等相关技术的研究工作。此外，在潜一地导弹、地对空导弹、氢氧火箭发动机和反导弹系统的研究试验中，郭永怀也作出了巨大贡献。
在对核装置引爆方式的采用上，郭永怀提出了“争取高的，准备低的，以先进的内爆法为主攻研究方向”的思路。为确立核在武器装置的结构设计，郭永怀提出了“两路并进，最后择优”的办法，为第一颗原子弹爆炸确定了最佳方案，对一些关键问题的解决起了决定性的作用。这一方案不仅为第一颗原子弹研制投爆所采用。而且为整个第一代核武器的研制投爆所一直沿用。
