1951年苏联和中国签署向中国提供核研究领域科技援助的秘密协议，以换取中国铀矿物资的供应。苏联在此协议框架内向中国转让了铀浓缩、离心机制造和其他生产技术。而且，苏联向中国提供了最新一代的离心机及其所有必要技术资料，因为中国专家当时一直无法掌握离心机生产技术。负责核项目的中国将军写信给苏联领导人贝利亚，承认中国专家未能掌握气体离心机生产技术，请求苏联再次派专家组到中国提供帮助，调试设备，培训中国工程师。中方对被迫第五次推迟651厂工业使用日期而感到遗憾，希望这一次苏方能向中方人员转让所有技术细节。
在导弹生产技术方面同样如此，中国专家甚至在6年之内都未能根据苏联转让的KH-31工程技术制造出试验样品。1957年苏联签署另外一项协议，向中国转让导弹技术，并在苏联院校全周期培养中国专家。在此协议框架内，成立了北京物理和原子能研究所开始进行核研究，在兰州成立铀浓缩气体扩散厂。对中国来说，转折点是苏联提供的热功率7兆瓦的重水反应堆和回旋加速器在北京601厂正式启用。1958年，苏联政府在高度绝密的情况下帮助中国在新疆罗布泊地区建成了核试验场，中国战略力量所有试验至今仍在这里进行。
在苏联R-2短程导弹开始战斗执勤之后，中国得到了R-11中程战术弹道导弹，该型导弹当时在苏联已经配备了核弹头。苏联中型机械工业部随后派专家帮助中国批量生产R-2导弹的中国版，代表“东风-1”或1059型。作为中国军队新兵种的第一个兵团，1957年成立的训练大队配备苏联R-2导弹。1960 年成立的地对地导弹营成为中国第一支战略导弹部队。到1961年，中国人民解放军已经拥有20个导弹团，装备“东风-1”和R-11(中国代号1060 型)导弹。此外，中国还得到了喷气式轰炸机生产技术，主要是伊尔-28(轰-5)前线轰炸机和图-16(轰-6)远程轰炸机，它们在苏联被用作核弹运载工具。之前苏联向中国供应了大量伊尔-28前线轰炸机，以及25架图-4重型活塞式轰炸机。
赫鲁晓夫上台后，苏联开始和中国争吵，不再向自己的东南邻国提供如此大规模的援助和庇护，结果立即影响到了中国整个核计划的进程，导致中国直到1967年和1968年才成功生产出伊尔-28和图-16战略轰炸机的本土版，而且一半飞机无法起飞。而在当时，苏联已经开始批量生产能够主动施放假目标的机动式导弹系统，射程可达15000公里。1966年10月27日，中国成功试射了第一种战略弹道导弹“东风-2”，它使用1.2万吨级铀弹头，射程894公里，是在苏联1956年提供的R-5M导弹基础上研制而成的。中国政府为此欣喜不已，毕竟它是中国国防工业首次成功制造出真正符合要求的核导武器。
