1954年10月，陈赓被任命为中国人民解放军副总参谋长，仍兼任军事工程学院院长，但工作重点转移到北京。
就在他上任副总长的前一个月，也就是1954年9月10日，彭德怀同刘伯承率领中国军事代表团赴苏联参观有原子弹爆炸的实兵对抗军事演习。代表团成员有粟裕、陈赓、许光达、刘亚楼、邓华、陈锡联、宋时轮、周希汉、王尚荣等高级将领。
访问苏联行前，彭德怀专门约请核物理学家钱三强给军事代表团的将军们介绍有关原子弹的科学技术知识。
8月20日，钱三强如约来到中南海永福堂，在院中等候的彭德怀迎上去，与他握手，谦逊地说：“今天拜师求学，老师请进。”
钱三强走进会议室一看，在座的都是解放军的高级领导干部，心里不禁紧张起来。
彭德怀风趣地对钱三强说：“我们将要参观苏联的核爆炸试验，为了不要闹出笑话，今天请你来给大家讲讲原子弹的有关知识。”
于是，钱三强就从什么是原子弹开始讲起，着重讲了原子弹、氢弹的原理和构造。彭德怀等都耳听手记，遇到不明白的地方还要一问再问。
他们花了近两个小时听钱三强讲原子弹，末了，彭德怀问钱三强：“中国要搞原子弹，怎么办？最关键的东西是什么？”
钱三强认为彭德怀访苏正是打通上层关节的好机会，便急迫地说出要有一座实验性反应堆和一台回旋加速器两大件，用以开展核科学实验研究，为建设核工业和研制核武器做技术上的准备。
“人家会给我们吗？”彭德怀进一步问。他听得很认真，还一一记在本子上。
“给，不要作指望。能在技术上给些帮助就行了。”钱三强说。
就这样，去苏联参观的将军们记住了钱三强关于一“堆”一“器”的话。
9月10日，彭德怀一行到达苏联。9月17日，在参观苏军有原子弹实爆的实兵军事演习后，在演习总结会上，苏联国防部部长布尔加宁把一个包装精美的礼品盒赠送给彭德怀，内装有飞行员投放原子弹的金钥匙。
会后代表团的成员们争相传看。陈赓看了一眼说：“光给把钥匙，不给原子弹有啥用？”
彭德怀立即说：“你是军事工程学院院长，你可以组织研制嘛！咱们还是自己干吧！”
彭德怀的话对陈赓触动很大。
演习后，中国军事代表团还参观了苏军演习部队的武器装备，他们发现解放军装备的和国内正在生产的苏式武器都是老型号，苏军基本上已淘汰。此时，陈赓已下决心与彭德怀一起，要为发展中国军队的现代化武器开道。
中国军事代表团回国后，向中共中央汇报了去苏联参观的情况，明确提出了中国也应该逐步研究和生产核武器的意见。
陈赓从苏联参观回国后，就在考虑军事工程学院要着手培养研制导弹、原子弹的人才。
此时已担任副总参谋长的陈赓，感到军队武器装备的进一步发展，必须要有现代新式武器。军事工程学院要适应这一新的形势，他与学院党委研究提出：必须紧密结合教学，自觉解决国防工业生产中的技术问题的科学研究方针，积极开展科学研究工作。1955年6月学院制定出了《军事工程学院科研工作条例》，进一步鼓励推动学院科研工作的开展，不断提高师资水平。陈赓深知培养人才与搞导弹、原子弹等现代化武器，国内这方面人才奇缺，尤其是高水平的科技专家。因此陈赓曾向周恩来等领导人建议，要争取留美的中国科学家和留学生，如钱学森等回国效力。新中国成立后，因为美国方面的阻挠，这些人一直不能回国。
1955年1月15日，毛泽东在中南海主持的中共中央书记处扩大会议上，做出了发展中国原子能事业和研制原子弹的决定。此后，国务院、中央军委有关部门又抓紧对中国发展导弹问题进行多方面探讨与研究，陈赓深知发展现代新武器对加强国防的重大意义。
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