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為大力協同做好原子彈研制工作，1962年10月30日，羅瑞卿在向中共中央寫報告，建議成立中央十五人專門委員會。11月3日，毛澤東批示：“很好，照辦。”12月14日，中共中央決定，成立由周恩來（任主任）、賀龍、李富春、李先念、薄一波、陸定一、聶榮臻、羅瑞卿、趙爾陸、張愛萍、王鶴壽、劉杰、孫志遠、段君毅、高楊組成的中央十五人專門委員會（簡稱中央專委）。專委會辦公室設在國防工辦。
1963年2月至1965年2月，國務院第二、第三、第四、第五、第六、第七機械工業部的業務工作，都由國防工辦歸口管理。1963年9月，中共中央決定撤銷中央軍委國防工業委員會，其任務并入國防工辦。這樣基本理順了國防工業的領導體制。
國防科研體系的建立
中國國防工業在初步掌握現代制造技術之后，建立相應的科研機構，著手自行研究和設計武器裝備，就成為繼續前進的目標。
成立國防部航空工業委員會
1955年 1月15日，中共中央書記處擴大會議作出發展原子能事業、研制原子彈的決定。1956年2月，受周恩來委托，錢學森起草了關于《建立我國國防航空工業的意見書》，提出了我國火箭、導彈事業的組織方案、發展計劃和具體措施。1956年3月14日，周恩來主持中央軍委會議，決定組建導彈航空科學研究方面的領導機構——航空工業委員會（簡稱航委）。4月13日，國防部辦公廳通知：“國務院決定，為了發展航空工業，成立航空工業委員會，直屬國防部。
組建導彈研究院——國防部第五研究院
為加快導彈研究院的組建工作。1956年10月8日，經中央軍委批準，國防部第五研究院正式成立。鐘夫翔為國防部第五局局長，錢學森為國防部第五局第一副局長兼總工程師、國防部第五研究院院長。有關無線電電子學方面的研究組織工作，由王諍負責。先組建的自動控制、無線電定位兩個研究所，由國防部第五局直接領導。1957年3月1日，國防部五局正式撤銷并入國防部五院。
1957年10月15日，中蘇兩國政府簽訂《關于生產新式武器和軍事技術裝備以及在中國建立綜合性的原子工業的協定》（簡稱“10月15日協定”或“國防新技術協定”）。為適應國防新技術協定簽訂后的新情況和新任務，國防部五院在原10個研究室的基礎上成立兩個分院，分別承擔導彈總體、火箭發動機和控制導引系統的研究工作。隨著導彈仿制工作全面展開，中央軍委決定加快國防部五院一分院、試驗站、空氣動力研究所、二分院等4項工程的建設。到1961年，五院已建成了3個分院，為導彈研制奠定了基礎。
成立國防部國防科學技術委員會
為了適應形勢的發展，加強國防科技研究工作的組織領導和規劃協調，1958年9月，聶榮臻代中央軍委起草了給周恩來并毛澤東、中共中央的《關于改組國防部航空工業委員會為國防部國防科學技術委員會的報告》。9月25日，軍委第157次會議通過了聶榮臻起草《關于改組國防部航空工業委員會為國防部國防科學技術委員會的報告》。10月16日，中共中央批轉了中央軍委的報告，中央在指示中說，為了適應形勢的發展，目前急需把研究設計、試制和使用三方面密切結合起來，同意成立國防部國防科學技術委員會（簡稱國防科委）。聶榮臻任主任，陳賡任副主任。1960年4月1日，國防部任命劉亞樓、張愛萍兼任國防科委副主任。
國防科委的成立，標志著在中共中央、國務院、中央軍委領導下，有了統一管理國防科技發展工作的機構，加強了對國防科技工作的集中統一領導，有利于國防科技重大決策和一系列方針、政策的貫徹執行，從而加速了國防科技事業的發展。
組建國防部第六、第七、第十研究院
至1960年代前期，中國國防工業已初具規模。在此期間，為了適應武器裝備發展的需要，國防工業部門先后組建了一些國防科研機構。中國人民解放軍各軍兵種也相繼成立了一些研究機構，對常規武器裝備的研制，起了一定的積極作用，但從總體來看，這些科研機構研制力量分散重復，專業門類不全，不能形成集中的攻堅力量。
為進一步加強對國防科學技術研究工作的組織領導，國防科委在國防部五院建設經驗的基礎上，于1959年12月向中央軍委呈送報告，提出：為進一步加強對國防科學技術研究工作的組織領導，加速國防科學技術的發展，建議組建無線電電子學研究院、航空研究院和海軍艦艇研究院。
1960年12月，中央軍委發出了《關于組建航空、艦艇、軍事無線電電子學等三個研究院的通知》。通知說：上述3個研究院從1961年1月，正式列入軍隊編制，番號分別為國防部第六、第七、第十研究院，業務工作由國防科委統一領導。3個研究院的主要任務是負責軍用飛機、艦艇、軍事電子裝備的研制，并解決仿制、引進中的技術問題。
到20世紀60年代初，國防科委擁有38個單位，約8萬人，形成了一支尖端和常規武器裝備的研制隊伍，初步建立了一個比較配套的國防科研體系。
“部院合并”
1962年后，國內外形勢有了很大變化，國家安全受到嚴重威脅，中共中央作出“備戰整軍”的決定，常規兵器的生產更加受到重視。國防工業部門關于尖端與常規的關系問題、科研試制與生產的關系問題的爭論不斷出現。國防工業部門的領導提出改變管理體制，將國防工業部與有關國防研究院合并的建議，即所謂“院部合并”，由此在國防科技工業系統內引發了關于這個問題的較長時間的討論。
