他们打算用更好的科研条件、生活条件把他留在美国，他的老师也希望他留在美国，同校好友也挽留他。但邓稼先婉言谢绝了，而杨振宁则留在了美国继续进行科学研究。

邓稼先毅然决然的选择了回国投身于科研事业，回国之后的邓稼先条件仍是十分艰苦。不仅如此，邓稼先还要做好自己工作的保密工作，甚至连妻子都不能告诉。之后邓稼先便接受了钱三强院士的邀请，开始参加核武器的研究工作。从此邓稼先便隐身了二十年，家里面的人也浑然不知邓稼先究竟去干嘛了。

为了解开原子弹的科学之迷，在北京近郊，科学家们决心充分发挥集体的智慧，研制出我国的“争气弹”。那时，由于条件艰苦，同志们使用算盘进行极为复杂的原子理论计算。为了演算一个数据，一日三班倒。

算一次，要一个多月，算9次，要花费一年多时间。又请物理学家从出发概念进行估计，确定正确，常常是工作到天亮。作为理论部负责人，邓稼先跟班指导年轻人运算。每当过度疲劳，思维中断时。他都着急地说：“唉，一个太阳不够用呀！”

邓稼先不仅在秘密科研院所里费尽心血，还经常到飞沙走石的戈壁试验场。他冒着酷暑严寒，在试验场度过了整整8年的单身汉生活，有15次在现场领导核试验，从而掌握了大量的第一手材料。

然而，在1979年，幸运之神没有再眷顾这位伟大的物理学家，邓稼先在寻回未爆的核武器弹头时，身体受到了核辐射影响。但是他依然坚持带病工作，1984年邓稼先参加了他最后的一次核试验。1986年7月29日，邓稼先因癌症晚期大出血去世。他临终前留下的话仍是如何在尖端武器方面努力，并叮咛：“不要让人家把我们落得太远。”

然而在邓稼先病危住院期间，他的老友杨振宁来华看望了他，并且痛心的问他：“国家到底给了你多少奖金啊，值得你把命搭上。”