方的参试单位有中央卫生部、建工部、铁道部、水电部、石油部、机械工业部、中国农业科学院、中国科学院生物所等。至1967年5月，氢弹试验准备工作已经全部完成。
父亲时刻关注着氢弹试验的准备工作，5月30日他特意电示基地：氢弹试验已进入紧张阶段，各项准备工作务必周到细致，要慎之又慎，细之又细，万万不可疏忽大意。要千方百计地保证试验的成功和人员的安全。鉴于氢弹原理性试验的经验，一定要充分估计到这次试验的特点和可能出现的问题，做好各项预案，切实搞好场区警戒、剂量侦察和监督等工作。
6月12日，父亲再次出席周总理主持的专委会议。在这次会议上，周总理公布了毛主席1958年6月21日在军委扩大会议上的指示：“原子弹就是那么大的东西，没有那东西，人家就说你不算数，那么好吧，我们就搞一点吧，搞一点原子弹、氢弹、洲际导弹，我看有十年功夫完全可能。”
周恩来说要在场区进行广泛宣传教育，并在场区写大字语录牌，但不要把大字写在地上，以防敌人从空中拍照。这次热核试验，将要实现我们伟大领袖毛主席对发展我国核武器事业的英明预言和伟大号召。
在听取汇报中，周总理严肃地说，基地于6月10日空投遥测弹情况的报告中说“均很正常”，伞有三处裂口，还能说“很正常”？缺乏科学态度，应为“较正常”。不要过分乐观，要实事求是……场区有的同志“有些经验主义”，这不行，必须认识这次试验的特点，并认真严肃对待，绝不能粗心大意，工作应精益求精，下定决心，排除万难，去争取胜利。
周总理强调说，这次试验要更认真。现在看来，防止意外情况发生，很关键的是保证伞的强度和正常开伞。这个问题，必须认真严肃对待，全面考虑和检查。6月13日综合预演后，还要对产品总装认真地作全面检查，保证安全可靠。对遥测站消除干扰问题应进一步研究解决。对经常出现的示波器和相机卡片，也要重点检查。
会议结束的时候，周恩来的目光又望向父亲。父亲明白了什么，对他微笑了一下。果然，周恩来说：“聂老总，恐怕还是想请你去一趟罗布泊，可以吗？”
父亲干脆地回答：“义不容辞。”
参加这次会议的李富春、叶剑英和父亲3人，此时已经被当成了“二月逆流”的“黑干将”，他们的日子真的很不好过，可以说是自顾不暇了。
但父亲这时候到了“一心无他”的地步，他就盯着氢弹。
出征之前，我的父亲又病了，发烧，浑身不适。但他没有声张。“文革”以来，他经常生病，不知是不是与红卫兵们对他的“火烧”、“炮轰”有关系，反正他的体质越来越弱了。我和母亲着急也没用。
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三百万吨，够了！够了！（1）
6月14日上午9时，父亲来到西郊机场，叶剑英特意赶到机场送行。两位老战友用信赖的眼光互相凝望着，两双握在一起的手久久不愿松开。也许他们都明白，两人肩负的担子是何等的沉重。
叶剑英说：“又辛苦你了。”
父亲说：“你在北京坐镇，担子也不轻。”
这是父亲在八个月的时间里第三次去核试验基地。此行他正发着烧，是抱病执行任务的。随父亲去核试验基地的周均伦秘书说：“我们是上午9点钟从北京起飞，在空中飞了5个半小时，那时在飞机上看，一片黄土高原。我们坐的专机，专机上有一张床，聂帅可以睡在床上。那一次老帅还发着烧，前几天温度38度多，走的那一天还37度多，稍微好一点，但这一次试验很重要，他亲自去了。”
下午1时50分，专机降落在马兰机场。
父亲到了马兰飞机场，张蕴钰、李觉、郑汉涛、张震寰他们都到机场去接，当地的时间跟北京的时差相差了两个小时，到了那里，正好吃中午饭。周均伦回忆：“ 吃完中午饭，聂帅第一个就要看降落伞。在氢弹空投以前，进行冷弹试验。氢弹有多重，用水泥模拟弹的重量，从高空往下投。往下投的时候，投一次还不行，要投几次。有一次投的时候，降落伞的一根吊带断了。这样，就可能引起很大的危险，偏离方向。在北京的时候，就报告了这个情况。聂帅特别重视这件事情，刘长明（聂帅办公室主任）、陈兆保（警卫参谋），还有我跟着他一起去检查。把原来坏的降落伞也放在那个地方，好的降落伞也放在那个地方（马兰礼堂）。聂帅问得很仔细。技术人员告诉聂帅，这降落伞有什么缺陷，不过我们把毛病找出来，现在都加固了，不会有问题。听了汇报以后，聂帅认为都比较可靠了，这才放心。”
晚上，父亲不顾5个小时飞机的颠簸劳累，听取国防工办副主任郑汉涛和张震寰、张蕴钰、李觉、朱光亚、陈能宽、程开甲等关于准备工作情况的详细汇报。刘长明主任回忆：“在汇报当中有个问题，在氢弹上面有个垫片找不着了，原因就是工艺上不严格。他们告诉聂帅，已经采取了措施，不会有问题。聂帅听了以后，一再追问，详细了解情况，说相信你们采取了措施，绝对不会有问题。同时强调，你们不要小视这工艺，搞尖端武器，这工艺特别严格。这些问题不要看成是小事，出起事来会变成大问题。规程上的工序一道也不能少，少了一道工序，就是个教训。”
最后父亲说：“现在大家很累了，要注意很好休息。这次试验与过去不同，有质的变化，休息安排不好，工作是搞不好的。”
15日，父亲又两次听取郑汉涛等领导同志的汇报。16日下午，父亲来到马兰机场，慰问在现场工作的科技人员。他认真观看了试验用的氢弹实物，登上执行空投氢弹任务的轰…6型飞机，并同机组人员一一握手，勉励他们说：
“这可不是一个一般的炸弹，一定按操作规程执行好任务，但也不要紧张。”
机组人员坚定地回答：“请元帅放心，我们保证胜利完成任务。”
父亲用力握住机组组长徐克江的手，不停地摇着说：“好，好，我相信你们，相信你们！”
6月16日晚上，父亲赶赴核试验场区，住到场区的开屏村，这里离指挥所约30公里。周均伦秘书回忆：“那里蚊子特别多，我们赶到白云岗快到10点，但天还没有黑，我们在那里散步，他们讲蚊子厉害，我们每个人都戴着手套，脸上每个人弄一个纱罩。蚊子叮着你以后，你拨弄它，它都不飞，它非要咬你，除非你把它打死。聂帅身体不好，到晚上温差很大，给他披了棉大衣。”
当天晚上，父亲同张震寰、张蕴钰商量研究后，确定将试验零时定为17日8时，并在电话上向周总理作了报告，得到批准。
第二天凌晨7时，天还没亮，父亲便乘车来到指挥所，指挥所设在距爆心西55公里的白云岗。到达指挥所时，天已破晓。早晨的天气很好，一片晴朗，仅在靶场上空飘浮着一片卷云，确是试验的难得好天。试验场上，一切准备就绪，人们都怀着一种激动的心情，期待着即将发生的一切。
周均伦秘书回忆说：“指挥部设在一个帐篷里，附近还有一个堑壕，那是掩蔽壕，因为核试验有三大杀伤威力。一个是冲击波，一个是光辐射，还有一个是放射性沾染。我们在掩蔽壕里面主要防止冲击波，大家都下去了，老帅也下去了。”
6月17日7时40分，父亲再次分别打电话给周总理、叶剑英，汇报了现场各项准备工作的最后情况，说飞机已经起飞，预计8时整进行氢弹空爆试验，得到了他们的肯定和鼓励。
8时前，飞机声由远而近，人们都翘首以待。
三百万吨，够了！够了！（2）
8时整，空投氢弹的飞机到达预定空域，没有投弹，拐了个弯飞走了。
“怎么回事？”父亲在掩蔽壕里用电话问。
电话里空军地面指挥员报告说：“飞行员操作中少了一个动作，请求再飞一圈。”
父亲当即答复：“可以！应该这样子，这是飞行员认真负责的表现。”
多年之后，这架飞机上负责投弹的第一领航员孙福长回忆说：“一时由于当时我的心情比较紧张，再加上受‘左’的干扰，在飞机上要不断地背诵毛主席语录，影响了我的注意力，所以忘了按自动投掷器，氢弹没能在预定的8时整准时投下。”
这可以算作是这个辉煌时刻的一个小插曲。
于是，20分钟以后，徐克江驾驶的轰…6型飞机再次飞临预定空域，在预定高度，投下了中国第一颗全当量氢弹。氢弹在距靶心315米、高度2960米处爆炸。
此时，天空中出现了一个自然的太阳，一个人造太阳。两个太阳在蓝天上并排高挂，这一奇特的景象，令人叹为观止。
随后，是一声震耳欲聋的轰鸣。氢弹爆炸成功了！
在中国历史的长河中，1967年6月17日上午8时20分，是一个值得永远记住的时刻。
伴随着隆隆的轰鸣，人们从指挥部、从掩蔽壕内跳出来欢呼，一阵强风带着热浪迎面扑来，有的人几乎被吹倒，这是氢弹冲击波的威力！
周均伦秘书说：“氢弹一爆炸，我们都高兴得很，都跳出了掩蔽壕，我和护士欧阳等年轻的同志先跳出来。我们站在掩蔽壕的上面，氢弹一爆炸，一股热浪就是冲击波冲过来，要把我们吹倒。离我们大概100米左右，指挥部的帐篷都吹倒了。”
1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸试验成功
父亲因为上了年岁，无法像年轻人那样跳出掩蔽壕。但他手握电话，激动地凝视着天空那个人造太阳渐渐演变成的蘑菇云。军事摄影家孟昭瑞拍下了这次试验的几张历史性照片，其中也有这张照片。
人们面对着这朵比原子弹的蘑菇云要壮观得多的伞状烟云，欢呼声经久不息。
欢呼声中，父亲让刘长明催问有关方