1961年，35歲的于敏在原子核理論領域的研究漸入佳境，正處在重大成果突破的關鍵時刻。但1月12日，于敏被叫到了所長錢三強的辦公室。錢三強直截了當地對他說：“為了加快氫彈的突破，經研究批準，決定讓你作為副組長領導‘輕核理論組’，參加氫彈理論的預先研究工作?！?/p>

“國家興亡，匹夫有責，面對祖國的召喚，我不能有另一種選擇?！庇诿艉敛华q豫地表示服從分配，放棄已經做出出色成績的科研方向，轉到氫彈研究，他的人生也徹底改變了軌道。從此，于敏消失于公眾的視野。他的夫人甚至都不知道他在做什么工作，20多年后才恍然大悟，“沒想到老于是搞這么高級的秘密工作”?！耙粋€人的名字，早晚是要消失的，能把微薄的力量融進祖國的強盛之中，足以自慰。”于敏說。

當時國內很少有人熟悉原子能理論，在研制核武器的權威物理學家中，于敏又是唯一沒有留過學的人，但是這并沒有妨礙他后來站到世界核科學的高峰。彭桓武院士說：“于敏的工作完全是靠自己，沒有老師，因為國內當時沒有人熟悉原子核理論，他是開創(chuàng)性的。”錢三強稱，于敏的工作“填補了我國原子核理論的空白”。

1960年到1965年初，“輕核理論組”在于敏等人的帶領下，對氫彈原理和結構作了初步探索，并解決了一系列熱核材料燃燒的應用問題。

1966年12月28日，氫彈原理試驗取得圓滿成功，中國成為繼美國、蘇聯和英國之后，第4個掌握氫彈原理和制造技術的國家。1967年6月17日，我國第一顆氫彈爆炸成功，中國僅用兩年8個月就研制成功，是世界上用時最短的國家。

在研制氫彈的過程中，于敏曾三次與死神擦肩而過。

1969年初，因奔波于北京和大西南之間，也由于沉重的精神壓力和過度的勞累，于敏的胃病日益加重。當時，我國正在準備首次地下核試驗和大型空爆熱試驗。那時他身體虛弱，走路都很困難，上臺階要用手幫著抬腿才能慢慢地上去。熱試驗前，當于敏被同事們拉著到小山岡上看火球時，已是頭冒冷汗，臉色蒼白。大家見他這樣，趕緊讓他就地躺下，給他喂了些水。過了很長時間，他才慢慢地恢復過來。由于操勞過度和心力交瘁，于敏在工作現場幾至休克。

直到1971年10月，上級考慮到于敏的貢獻和身體狀況，才特許他已轉移到西南山區(qū)備戰(zhàn)的妻子孫玉芹回京照顧他。一天深夜，于敏感到身體很難受，就喊醒了妻子。妻子見他氣喘，趕緊扶他起來。不料于敏突然休克過去，經醫(yī)生搶救方轉危為安。后來許多人想起來都后怕，如果那晚孫玉芹不在身邊……

出院后，于敏顧不上身體未完全康復，又奔赴祖國西北。由于連年都處在極度疲勞之中，1973年于敏在返回北京的列車上開始便血，回到北京后被立即送進醫(yī)院檢查。在急診室輸液時，于敏又一次休克在病床上。

在中國核武器發(fā)展歷程中，于敏所起的作用是至關重要的。于敏說，自己是一個和平主義者。正是因為懷抱著對和平的強烈渴望，才讓本有可能走上科學巔峰的于敏，將自己的一生奉獻給了默默無聞的核武器研發(fā)。