Особое внимание в эти годы уделялось развитию двух направлений впк: 1) атомной и термоядерной промышленности и 2) ракетно-космическому комплексу страны.

1) Ядерный и термоядерный производственно-технологический комплексы страны являлись составной частью атомной промышленности, включавшей в себя предприятия по добыче сырья (уран, плутоний), производству расщепляющихся материалов для атомных энергетических установок и снаряжения ядерных боезарядов, переработке, локализации и захоронению отходов отработанного ядерного топлива. Значительная часть этих работ производилась в так называемых закрытых территориальных образованиях (ЗТО) — Арзамас-16, Томск-7, Красноярск-26, Челябинск-70 и многих других, где работали выдающиеся физики и конструкторы, в том числе И.В. Курчатов, Ю.Б. Харитон, К.И. Щёлкин, Я.Б. Зельдович, Н.Л. Духов, А.Д. Сахаров, В.Л. Гинзбург и многие другие. Общее руководство этой важнейшей сферой военно-промышленного комплекса страны осуществляло Министерство среднего машиностроения СССР, который успешно возглавляли Вячеслав Александрович Малышев (1953―1955), Авраамий Павлович Завенягин (1955―1956) и Ефим Павлович Славский (1957―1986) — выдающиеся государственные деятели, двое из которых в буквальном смысле слова, заболев лучевой болезнью, своей собственной жизнью оплатили создание ракетно-ядерного щита нашей страны.

После создания первой атомной бомбы по решению правительства началось серийное производство первых ядерных боезарядов, и к началу 1952 г. в арсенале советских вооруженных сил насчитывалось уже 35 атомных бомб — 29 бомб проекта РДС-1 и 6 бомб проекта РДС-2. Тогда же была создана новая, еще более мощная атомная бомба проекта РДС-3, которая впервые была испытана в ходе летных контрольных испытаний на поршневом стратегическом бомбардировщике Ту-4.

Параллельно крупные советские ученые и конструкторы усиленно работали над созданием термоядерного оружия, и уже в августе 1953 г. на Семипалатинском полигоне впервые было проведено успешное испытание советской водородной бомбы проекта РДС-6с. В отличие от атомной бомбы, новая бомба, обладавшая огромной разрушительной мощью, стала результатом творческой победы советских физиков-ядерщиков и конструкторов, в частности, А.Д. Сахарова, Ю.Б. Харитона, Я.Б. Зельдовича, В.Л. Гинзбурга, В.А. Давыденко и других. Испытание РДС-6с показало, что наша страна впервые в мире создала компактное термоядерное оружие,  которое могло разместиться в бомбовых люках стратегического реактивного многоцелевого самолета Ту-16.

В ноябре 1955 г. по так называемой схеме «Теллера-Улама» была создана новая, еще более мощная термоядерная бомба проекта РДС-37, которая после ее успешного испытания на Семипалатинском полигоне была принята на вооружение. Наконец, в октябре 1961 г. группой выдающихся физиков-ядерщиков под руководством академика И.В. Курчатова была разработана и создана самая мощная за всю историю человечества термоядерная авиабомба проекта РДС-202, которая на турбовинтовом стратегическом бомбардировщике-ракетоносце ТУ-95 была сброшена в районе Новой Земли.

2) Параллельно с созданием ядерного оружия активно велись разработки и по средствам его доставки на территорию потенциального противника, прежде всего, в США. Эта работа, общее руководство которой осуществлял заместитель председателя Совета Министров СССР генерал-лейтенант М.В. Хруничев и министр авиационной промышленности генерал-лейтенант П.В. Дементьев, велась в двух основных направлениях:

а) Создания многоцелевых стратегических бомбардировщиков, работы по которым велись в крупнейших конструкторских бюро (КБ) во главе с выдающимися авиаконструкторами академиками А.Н. Туполевым, С.В. Ильюшиным и А.С. Яковлевым. В конечном итоге, после целой серии испытательных полетов приоритет был отдан КБ А.Н. Туполева, создавшему в эти годы стратегические многоцелевые бомбардировщики ТУ-4, ТУ-16, ТУ-22, ТУ-95 и ТУ-98, способных доставлять атомную бомбу практически в любой заданный район.

б) Разработки и создания межконтинентальных баллистических ракет (МБР), работа над которыми велась в целом ряде опытно-конструкторских бюро, в частности, ОКБ «Калининград» С.П. Королева, ОКБ «Южное» М.К. Янгеля и ОКБ «Реутов» В.Н. Челомея. Уже в 1950―1954 гг. в серийное производство были запущены первые баллистические ракеты Р-1 и Р-5, способные нести ядерные заряды. В 1956—1957 гг. на базе этих ракет в ОКБ С.П. Королева была создана первая межконтинентальная стратегическая баллистическая ракета Р-7, ставшая в тот период основой ракетно-ядерного щита нашей страны.

Первоначально сугубо военные, эти разработки дали мощнейший импульс становлению и развитию гражданских направлений в советском авиастроении и ракетостроении. В частности, в эти годы на Харьковском, Казанском, Омском, Куйбышевском, Саратовском, Иркутском и других авиазаводах страны началось серийное производство таких пассажирских самолетов, как ТУ-104, ТУ-114, ТУ-124, Ил-14, Ил-18, Ил-62, Як-40 и Ан-24.

Еще более впечатляющие успехи были достигнуты в гражданском ракетостроении. В 1955 г. по предложению М.В. Келдыша, С.П. Королева и М.К. Тихонравова в правительстве была утверждена специальная программа по этой проблеме, а уже 4 октября 1957 межконтинентальная баллистическая ракета Р-7 вывела в околоземную орбиту первый искусственный спутник Земли — Спутник-1. Чуть позднее, в ноябре 1957 г., на космическом корабле Спутник-2 был осуществлен первый орбитальный полет с живым существом, который погиб во время полета в околоземное пространство. В 1958—1959 гг. были запущены парные орбитальные околоземные спутники «Электрон» и три автоматических космических аппарата Луна-1, Луна-2 и Луна-3. И наконец, в августе 1960 г. на космическом корабле Спутник-5 был осуществлен новый орбитальный полет живых существ (двух собак — Белки и Стрелки), которые в полном здравии вернулись на Землю.

Все эти успешные запуски космических кораблей создали необходимые условия для полета человека в космос. Эта подготовка началась еще в январе―мае 1959 г., когда совместными постановлениями ЦК КПСС и Совета Министров СССР было принято решение о подготовке пилотируемого полета в космическое пространство. В январе 1960 г. приказом главкома ВВС главного маршала авиации К.А. Вершинина был создан первый отряд космонавтов в составе 18 военных летчиков ВВС, ПВО и ВМФ. Первыми членами этого отряда стали летчики И.Н. Аникеев, П.И. Беляев, В.В. Бондаренко, В.Ф. Быковский, Б.В. Волынов, Ю.А. Гагарин, В.В. Горбатко, Д.А. Заикин, В.М. Комаров, А.А. Леонов, Г.Г. Нелюбов, А.Г. Николаев, П.Р. Попович, М.З. Рафиков, Г.С. Титов, Е.В. Хрунов, В.И. Филатьев и Г.С. Шонин. Правда, не всем им суждено было совершить космический полет, поскольку В.В. Бондаренко трагически погиб при пожаре в сурдобарокамере, а Д.А. Заикин, Г.Г. Нелюбов, В.И. Филатьев и М.З. Рафиков были отчислены из отряда за нарушение режима и правопорядка.

После завершения всех подготовительных программ государственная комиссия под председательством самого С.П. Королева определила, что первый пилотируемый полет осуществит старший лейтенант Ю.А. Гагарин, а его дублером станет старший лейтенант Г.С. Титов. 12 апреля 1961 г. с космодрома Байконур был осуществлен запуск космического корабля «Восток-1» с первым космонавтом планеты Юрием Алексеевичем Гагариным, который, совершив один виток на околоземной орбите продолжительностью 108 минут, благополучно вернулся на Землю. Позднее пилотируемые орбитальные полеты совершили и другие советские космонавты: Г.С. Титов («Восток-2» 1961), А.Г. Николаев («Восток-3» 1962), П.Р. Попович («Восток-4» 1962), В.Ф. Быковский («Восток-5» 1963), В.В. Терешкова («Восток-6» 1963) и другие. Была открыта новая эра в развитии всей человеческой цивилизации, дан мощный импульс освоению околоземного космического пространства и значительному ускорению научно-технического прогресса нашей страны и всего мира.

Высокая степень кооперации гражданских и военно-промышленных предприятий была характерна не только для атомной, авиационной и ракетно-космической отраслей, но и для многих других отраслей народного хозяйства страны. В частности, в 1962 г. для производства чисто военной продукции привлекалось более 800 предприятий гражданских министерств и ведомств, а предприятия ВПК, в свою очередь, должны были произвести 22 000 металлорежущих станков, 35 000 тракторов, 438 000 мотоциклов и мотороллеров, 342 000 холодильников, 800 000 стиральных машин, 150 000 швейных машин, более 3 175 000 ручных часов, 2 150 000 телевизоров и почти 4 770 000 радиоприемников. Таким образом, в 1962 г. в общем объеме производства предприятий военно-промышленного комплекса сугубо мирная продукция составляла 42%, в судостроительной промышленности — 40%, а в авиапромышленности — 25%.

В целом, по данным советской статистики среднегодовые темпы роста промышленного производства в стране были достаточно высокими. В 1951—1955 гг. они составляли более 13% в год, в 1956—1960 гг. — более 10% в год, а в 1961―1965 гг. — более 8,5% в год. И хотя ряд современных авторов (В. Попов, Н. Шмелев) говорят о явно завышенном характере этих официальных показателей, даже они не ставят под сомнение общую положительную динамику развития промышленного производства страны в этот период.