1964年，邓稼先和于敏见面，进行了一次长谈，这两位顶级物理天才在一起，梳理了我国这些年氢弹研究的历程，很快制定了一份全新的氢弹研制计划。此后，二人分工合作，共同开始了我国第一枚氢弹的研制工作。
　　1964年10月16日，我国第一颗原子弹爆炸成功，在世界上引起轰动。1965年1月，毛泽东在听取国家计委关于远景规划设想的汇报时指出：“原子弹要有，氢弹要快。”周恩来总理代表党中央和国务院下达命令：把氢弹的研究放在首位。
　　这年，于敏调入二机部第九研究院。9月，38岁的于敏带领一支小分队赶往上海华东计算机研究所，抓紧设计了一批模型。但这种模型重量大、威力比低、聚变比低，不符合要求。于敏带领科技人员总结经验，随即又设计一批模型，发现了热核材料自持燃烧的关键，解决了氢弹原理方案的重要课题。
　　于敏高兴地说：“我们到底牵住了‘牛鼻子’！”他当即给北京的邓稼先打了一个耐人寻味的电话。
　　为了保密，于敏使用的是只有他们才能听懂的暗语，暗指氢弹理论研究有了突破，于敏说：“我们几个人去打了一次猎……打上了一只松鼠。” 邓稼先听出是好消息，问到：“你们美美地吃了一餐野味？”“不，现在还不能把它煮熟……要留做标本……我们有新奇的发现，它身体结构特别，需要做进一步的解剖研究，可是……我们人手不够。”“好，我立即赶到你那里去。”
　　这一年，于敏提出了氢弹从原理到构形完整的设想，解决了热核武器的关键性问题。由于于敏和邓稼先等人的努力，从此时开始，我国氢弹研究开始从纸面转入实际制造，我国第一颗氢弹爆炸只是时间问题。