1950年12月，粟裕赴苏联检查治疗疾病。多年的戎马生涯，紧张的作战指挥，加上战争中先后六次负伤，颅内、体内留有弹片、弹头，粟裕的身体受到严重损害，经常头晕头痛，解放战争结束时头痛已发展到十分剧烈的程度。为了能早日恢复他的健康，中共中央决定粟裕去苏联治疗。他在夫人楚青陪同下到达莫斯科，经一个月的初步检查，诊断为长期过度紧张疲劳及受伤次数较多，且有两次伤及脑神经，需较长期治疗休养。去高加索进行两个月物理治疗后，脑功能有不少恢复，即返回莫斯科，旋又发作严重腹痛，这也是他在战争年代多次发作的病痛。经检查认为是慢性阑尾炎，决定手术。开刀后发现并非阑尾炎，而是整个肠子错位，且互相扭结，有的地方已阻塞得很细。手术进行了近六个小时，把肠子恢复到基本正常的位置。医生判断这是战争中翻滚，摔打，跌撞过重、过频造成的严重内部伤害。腹部手术后脑神经毛病又复发，经一段治疗有较大进步，肠胃也比过去好得多。赴苏联检查和治疗初步达到了预期目的。

　　新中国成立以后，人民解放军现代化建设的新课题一直萦绕在粟裕心中。为了解苏军现代化建设的状况以作我军建设之借鉴，他在治疗期间抽空参观了莫斯科周围的坦克、炮兵等特种兵院校。1951年5月，徐向前总参谋长率中国政府兵工代表团赴苏商谈购买武器和我国兵工厂建设问题，粟裕与徐向前一起，又参观了苏军的一些院校和军事工厂。8月，粟裕身体基本痊愈，9月，从苏联回国，在北京稍事休息。

　　一天，周恩来和朱德一起来看望粟裕。简短的相互问候之后，周恩来对粟裕说：“中央决定，调你到总参谋部工作，中央让我们俩来同你谈谈，向你传达中央的这个命令，希望你能尽快到职。”粟裕听后大感意外。

　　从国外回来后，粟裕也想到过下一步工作的事。他认为国家正面临由战争向建设的重大转变。军队的任务也正经历着历史性的转变。在这个过渡时期，他希望能够有一个机会，系统地总结整理一下过去战争的经验，并探索、研究未来战争问题，这就需要有一个适当的工作环境，最好是部队或学校，就是没有想到过到总部工作。听了周恩来和朱德传达中央命令，他便恳切地推辞说：“我水平很有限，总部的工作恐难胜任，是否考虑别的同志为好？我到下面抓抓部队工作或搞学校工作都可以。”周恩来、朱德说：“你来总部工作是毛主席点的将，我们认为你来工作是合适的，你还是服从决定吧！”粟裕只好说：“既然组织决定了，我服从组织决定就是了。”

　　10月1日上午粟裕登上天安门城楼参加国庆阅兵典礼，晚上又去城楼观看广场上空的焰火。毛泽东与他亲切交谈。

　　关于粟裕是不是少数民族，是不是苗族这个问题，毛泽东就是在这次交谈中问及的。

　　国庆节以后，粟裕返回南京，向华东军区和南京市领导作工作交代，同时向军区机关干部及正在召开的华东军区暨三野第一届英模代表大会作了多次国内外形势报告。11月12日，中共中央军委正式任命粟裕为中央人民政府人民革命军事委员会第二副总参谋长（聂荣臻为第一副总参谋长，代总参谋长）仍兼华东军区副司令员的职务。不久，中共中央办公厅杨尚昆主任打电话给粟裕，传达毛主席指示，催他尽快到京上任。粟裕略事准备，即于12月9日离开南京，11日到达北京，次日即向中央军委报到，就任副总参谋长。

　　粟裕的右臂战争年代负过伤，子弹头一直留在臂内，也许是太劳累的原因，刚上班几天旧伤突然复发，疼痛难忍，不得不住院手术，取出了残留的子弹。粟裕人在医院心挂念着统帅部的工作，1952年元旦刚过，1月2日就急着出院。人民革命军事委员会办公厅随即下达通知：“粟副总长已到部开始办公。”

　　自从中国人民获得了解放战争的胜利以后，我国军事建设的客观情况发生了基本的变化，进入了高级阶段，也就是进到掌握现代技术的阶段。与现代化装备相适应的，就是要求部队建设的正规化，就是要求实行统一的指挥、统一的制度、统一的编制、统一的纪律、统一的训练。粟裕在这样一个历史的重要时刻进入统帅部工作，而粟裕参加军队二十多年，一直在第一线作战，从未在统帅部工作过，这无疑加大了工作的难度。但面对党中央的信任和托付，他勇敢地担起了历史的重担，在指导全军作战及建设的岗位上，他的军事才能闪耀出了新的光辉。