就是在這樣的背景下，1961年1月12日，于敏接到了去錢三強辦公室談話的通知。在辦公室里，“錢三強非常嚴肅和秘密地告訴我，希望我參加氫彈理論的預先研究。這是我始料不及的事情”。

在回憶文章中，于敏講述了自己當時的斗爭：“我從大學開始就喜歡基礎科學研究，對應用研究不太感興趣……我從來沒有想過，要去從事諸如研制氫彈這樣一類大系統科學工程的工作……我國當時正處于遭受天災人禍，蘇聯撤走專家，國民經濟非常困難的時期，中央仍下決心要堅持搞原子彈和氫彈。錢三強先生在這個時候找我，要我參加研究，我深知這件事情的重要性。”

短暫的斗爭以后，于敏接受了這項沉重的使命。“面對這樣重大的題目，我不能有另一種選擇。”于敏說。

但即便如此，他依然心有念想：“等突破氫彈原理，我國自己有了氫彈以后，再回去搞基礎科學研究。”

此時的他不會想到，他的一生，從此和中國核武器研究緊密相連，再也無法分開。

1958年6月21日，毛澤東在軍委擴大會議上說：“原子彈就是那么大的東西，沒有那個東西，人家就說你不算數。那么好吧，我們就搞一點吧，搞一點原子彈、氫彈，我看有十年工夫完全可能。”

命運的翻云覆雨手下，1961年1月12日，在錢三強的辦公室里，成全毛澤東預言的人，出現了。

氫彈是非常復雜的系統，它的原理突破絕非朝夕之功，需要大量的計算。當時我國設備落后，僅有一臺每秒運行1萬次的計算機“104機”，而且95%的時間分配給原子彈計算，只有5%的時間留給氫彈。于敏和小組成員每人一把計算尺，廢寢忘食地計算，一篇篇論文交到錢三強手里。從1961年到1965年，小組成員完成論文69篇，對氫彈的很多現象和規律有了深刻認識。

然而氫彈原理依然深藏閨中。一條條途徑被提出來，經過小組成員仔細的討論、計算和分析，又一條條地放棄了。如果無法實現原理突破，制造氫彈就是水中撈月。

1965年9月底，于敏和50多名科研人員抵達上海華東計算技術研究所。該研究所有國產最新型的J501計算機，運算速度達每秒5萬次。他們此次來上海的任務，是完成加強型原子彈的優化設計。

加強型原子彈雖然含有熱核材料，但是熱核燃燒不充分，只起加強原子彈威力的輔助作用，并非氫彈。二機部希望通過加強型原子彈的攻關，探索設計氫彈的道路。

大家一抵達上海就投入工作，很快就提出了一些模型，并獲得了大量的計算數據。然而數據表明，這些模型的聚變份額都很低，這表明其中的熱核材料并沒有充分燃燒