1950年，当时的美国正上演着一场声势浩大的反共排外运动。钱学森推荐的研究员被查出有问题后，当局立刻吊销了钱学森从事机密研究工作的安全执照，并不准钱学森参与任何涉及军事机密的研究。

早已下定决心回国的钱学森不屑解释，他将家中一切打包了八只大木箱，送到海关准备起运。可美国军方并不想放他回国，美国海军部副部长丹尼尔·金贝尔甚至说，“一个钱学森抵得上5个海军陆战师，我宁可把这个家伙枪毙了，也不能放他回中国去！”就这样，钱学森被美国司法部移民局非法拘留、保释出狱后，开始了长达5年的软禁生涯。

1955年9月17日，经过我国不断地努力，钱学森和家人搭乘“克利夫兰总统号”邮轮启程回国。1956年年初，钱学森向国家提出《建立我国国防航空工业的意见书》。同时，钱学森组建中国第一个火箭、导弹研究所——国防部第五研究院并担任首任院长。他主持完成了“喷气和火箭技术的建立”规划，参与了近程导弹、中近程导弹和中国第一颗人造地球卫星的研制，直接领导了用中近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，参与制定了中国近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，参与制定了中国第一个星际航空的发展规划，发展建立了工程控制论和系统学等。

在钱学森的带领下，1964年10月16日中国第一颗原子弹爆炸成功，1967年6月17日中国第一颗氢弹空爆试验成功，1970年4月24日中国第一颗人造卫星发射成功。