1955年，钱学森冲破美国当局的层层阻挠回到祖国，投身于创建中国航天事业当中。1956年2月17日，他向国务院提交了一份，《建立我国国防工业意见书》，最先为我国火箭技术的发展提出了极为重要的实施方案。同年10月，他又受命组建了我国第一个火箭研究院--国防部第五研究院，并担任第一任院长。 接着，他长期担任航天研制的技术领导。
在他的参与下，1960年11月我国发射成功第一枚仿制火箭，1964年6月29日我国第一枚自行设计的中近程火箭飞行试验取得成功。1965年钱学森建议制订人造卫星研制计划并列入国家任务，最终使用我国第一颗卫星于1970年到太空遨游。
在50年代初，钱学森把控制论发展为一门技术科学--工程控制论，为飞行器的制导理论提供了基础。他还创立了系统工程理论，并广泛应用
