全國人大會議通過科學院領導人新任免程序
2月上旬，第一屆全國人民代表大會第五次會議，通過了總理周恩來本年1月29日提出的關於中國科學院院長、副院長任免程序的提案。提案指出：「中國科學院過去是中央人民政府政務院的一個組成部分。院長、副院長是由政務院提請人民政府主席任命的。現在，中國科學院是國家的最高科學研究機關，受國務院指導。因此，院長、副院長的任免，建議由國務院總理提名，全國人民代表大會決定，中華人民共和國主席任免，在全國人民代表大會閉會期間，由全國人民代表大會常務委員會決定，中華人民共和國主席任免」。根據此次會議決定，2月21日，中華人民共和國主席發布命令，重新任命郭沫若為中國科學院院長，陳伯達、李四光、張勁夫、陶孟和、竺可楨、吳有訓為副院長。
各地紛紛建立中國科學院分院
1956年初召開知識分子問題會議後，有些省市要求在本地建立中國科學院分院。中國科學院表示只可在條件成熟的少數地方重點試辦，一般暫時不建。本年3月，中共中央召開成都會議，繼續批評「反冒進」，並開始提出「鼓足幹勁、力爭上遊、多快好省地建設社會主義」總路線的基本思想。這次會議要求各省、市、自治區要建立中國科學院分院。會後，不管條件是否成熟，各地紛紛建立分院及所屬研究機構。當年先後成立了安徽、陝西、浙江、江西、武漢、吉林、江蘇、蘭州、雲南、河北、廣州、山東、四川、上海、黑龍江分院；1959年成立內蒙古、青海、湖南、山西、廣西、遼寧分院；到1960年底，全國已有26個省、市、自治區成立了中國科學院分院及其下屬科研機構。
然而，這26個分院中，所屬研究機構，多數缺少研究人員和設備，任務方向也不明確。研究機構只有少數大學生和中專生。有的分院一下成立數個研究所，但沒有一個研究所配備專職所長。甚至，有的分院是先掛上了牌子，實際並沒有獨立研究機構。至1961年11月，貫徹「八字方針」，在大躍進中由地方成立的研究機構脫離科學院。其中也有少數保存下來，得到發展，並做出了很好的成績。
京區各單位舉行「躍進誓師會」
5月，中國共產黨八大二次會議通過了「鼓足幹勁、力爭上遊、多快好省地建設社會主義」的總路線，發動了不切實際的「大躍進」。科學院也捲入浪潮中。6月3日至5日，院京區各單位舉行「躍進誓師會」，提出「苦戰二十天，向院黨代會「獻禮」。到7月1日，院機關第二次黨代會在京舉行時，有43個單位向大會獻禮972項，其中有102項被聲稱已經達到國際先進水平。10月4日院北京地區舉行了有一萬人參加的中國科學院國慶獻禮祝捷大會。各單位向主席團獻禮2152項，據新華社報導，稱這2152項成果中，超過世界水平的有66項，達到世界水平的有167項。在「大躍進」的左傾思想指導下，一次次的獻禮，搞亂了科研秩序，在工作中出現了許多失誤並造成了不良後果。
研究性核反應堆和加速器建成
1955年4月，中蘇籤訂了關於蘇聯援助中國發展原子核物理研究與和平利用原子能的協定。協定規定由蘇聯幫助中國建造一座功率為7000千瓦的研究性重水反應堆和一臺2兆電子伏特的回旋加速器。同年，錢三強、彭桓武等赴蘇參加「一堆一器」的設計審查。隨後中國又派出26名科技人員赴蘇學習反應堆、加速器技術和理論物理、實驗物理。
1958年6月，中國第一座功率為7000千瓦的研究性重水反應堆和2兆電子伏特的回旋加速器，在房山坨裡地區建成並正式運轉。7月1日人民日報發表消息。9月27日在工程現場舉行了隆重的移交生產典禮。參加典禮儀式的有黨和國家領導人陳毅、聶榮臻等。典禮儀式由張勁夫主持。由國家驗收委員會主任聶榮臻籤字驗收。
與此同時，中國科技人員自行設計製造的質子靜電加速器等一批設備也先後交付使用，使中國的核科學研究的技術裝備和實驗手段有了比較顯著的改善。
成立中國科學院原子核科學委員會
為加強原子核科學的學術活動，經中央批准，1958年7月，成立了中國科學院原子核科學委員會。李四光任主任委員，張勁夫、劉傑、錢三強任副主任委員，委員有竺可楨、吳有訓等25位科學家。同時批准成立屬於該委員會的同位素應用委員會，吳有訓任主任委員，趙忠堯、嚴濟慈、陳鳳桐、楊承宗任副主任委員，委員有童第周、尹贊勳等10位科學家。
原子核科學委員會成立後，首先組織有關所建立了原子能化學聯合作業組和反應堆材料協作小組。1958年12月，召開稀有金屬會議，組織地質所、礦冶所、應化所、冶金陶瓷所等單位，部署稀有金屬礦的採、選和材料研究。1959年8月又組織化學所、應化所、有機所、石油化學所(大連化物所前身)、蘭州石油化學所分所(蘭州化物所前身)、原子能所制定了原子能有關化學研究工作聯合作業協議書，確定以鈾釷化學、有機萃取劑、離子交換樹脂和金屬腐蝕化學的系統研究為重點，對各化學研究所的工作做了協調和分工。
提出早期的人造衛星研製計劃
蘇聯和美國相繼發射人造地球衛星之後，竺可楨、錢學森、趙九章等建議中國也要開展人造地球衛星研製工作。張勁夫把這一意見反映到在武昌召開的中央全會上， 1958年5月17日，中央書記處同意科學院搞人造地球衛星。聶榮臻委派張勁夫、錢學森、王錚(國防部五院副院長)負責衛星規劃。
7月，院黨組向聶榮臻呈送了衛星研製分三步走的計劃：第一步發射探空火箭，第二步發射小衛星，第三步發射大衛星。分工是：運載火箭以國防部五院為主，科學院配合；探空頭和衛星及觀測工作以科學院為主，五院配合。
8月，院召開會議。決定由錢學森、趙九章、郭永懷、陸元九等負責擬定發展人造衛星的規劃草案，並把衛星研製任務定為院1958年頭號重點任務，代號581。為此成立「581組」，錢學森任組長，趙九章、衛一清任副組長，負責組織和協調人造衛星、火箭探空業務。會議還議定成立三個設計院：第一設計院負責衛星總體設計與運載火箭的研製，設由郭永懷、楊南生任正、副院長，錢學森指導全面工作；第二設計院負責控制系統的研製，呂強任主任，陸元九、張翰英、屠善澄為技術領導；第三設計院負責探空儀器與空間物理研究，趙九章、錢驥為技術指導。這三個設計院分別為力學所、自動化所和地球物理所的二部。經過兩個月緊張的組織工作和試驗研究，已完成運載火箭結構圖和兩個探空火箭箭頭模型；高能燃料和高溫合金研究工作也取得進展。
在「大躍進」高潮中，10月5日，院向聶榮臻副總理呈送報告，提出除繼續配合五院的工作外，科學院也組織一支運載火箭研製隊伍，雙方採取不同途徑，齊頭並進。五院以仿製為主，先從一般燃料入手；科學院則完全靠自己摸索，從高能燃料入手。為此，在組織上也採取了措施：經與上海市委協商，把第一設計院遷往上海，以充分利用上海的工業基礎。該院對外稱「中國科學院上海機電設計院」，由科學院和上海市委雙重領導。隨後，院又提出《組織科學院有關所及有關方面力量製造和發射人造衛星的方案(草案)》，這個方案總的要求是「苦戰三年(1958-1960)，實現上天」。
光機所研製完成「八大件」
到本年8月底止，光學機精密機械研究所已先後完成八種光學儀器的研製，被稱為「八大件」。這八種儀器是：中型電子顯微鏡、高溫金相顯微鏡、萬能工具顯微鏡、特寬度多倍投影儀、大型石英攝譜儀、中子衍射儀、高精度經緯儀和紅外望遠鏡。這些光學儀器先後被用於科學研究，有的轉讓給工廠生產。
中國第一批鍺高頻電晶體問世
根據「四大緊急措施」的部署，1956年在應用物理所半導體研究室內，在王守武等的領導下，開展半導體鍺的研究工作。除本室研究人員外，還集中了第二機械工業部華北無線電元件研究所、南京工學院等單位的科學工作者，院內外共約40餘人。他們研究鍺單晶的提純和摻雜工藝，並進行鍺電晶體的研製。到1958年初，已能夠控制鍺單晶的導電類型、電阻率以及少數載流子壽命，達到了器件生產對材料的要求。同年8月，用合金擴散法研製成功中國第一批鍺高頻電晶體。這一成功，為研製鍺電晶體計算機創造了條件。計算所隨即提出與物理所協作研製鍺電晶體計算機(代號109乙機)。並商定由半導體研究室所屬的中間試驗廠承擔109乙機的電晶體批量生產任務(該中試車間因而改名為109廠)。109廠自1958年至1960年秋，先後為109乙機提供了12個品種的鍺器件14.5萬隻，保證了109乙機的順利研製。
林土所提出包蘭鐵路固沙措施
包蘭鐵路有一段穿過騰格里沙漠，若在此段不能防止風沙吹蝕路基沙粒在鐵路上停積，火車就要改變路線，繞道而行，須為此修建兩座黃河大橋，從而大大增加工程費用。
1956年，林業土壤所承接騰格里包蘭鐵路沿線固沙造林的任務。該所早在五十年代初，就與遼寧省章古臺固沙造林試驗站合作，進行定位試驗。總結出喬、灌、草相結合「植物固沙為主、人工沙障為輔」的綜合治沙方法。1956年接受新任務後，該所在有關單位協作下，在沙害最大的沙坡頭附近，研究植物固沙的可能性，查明流沙移動規律和沙地的植物立地類型。於1958年8月提出生物措施與工程措施相結合的固沙方案，於1959年建成試驗站。1964年根據試驗和考察結果，與鐵路部門協作，按林土所的固沙方案，進行設計、施工，使包蘭鐵路在騰格里沙漠地區暢通無阻，為包蘭鐵路順利通車做出了貢獻。
成立院黨組新技術辦公室
新興學科被置於重要地位。科學院承擔十二年科學技術發展規劃的任務中重點發展的16個學科，幾乎都是新興學科。由此發展起來的研究力量，陸續承擔了國防部門委託的任務。到1958年下半年，全院已有和正在籌建的研究機構有77個。其中以大部分力量發展尖端技術和承擔國防任務的研究所有11個；以主要力量承擔國民經濟中重大任務，同時以少部分力量配合國防尖端的研究所有14個。
根據國防部門的要求，為了加強對國防尖端研究的組織與管理，本年9月13日，中國科學院黨組碰頭會決定成立中國科學院黨組新技術辦公室，作為院黨組抓國防尖端研究的辦事機構，並決定由院計劃局副局長谷羽兼任辦公室主任。
成立中國科學技術大學
十二年科學技術發展遠景規劃之後，科技事業蓬勃發展，而科技人才缺乏，從高等學校分配的畢業生遠遠不能滿足中科院的需要。參照蘇聯科學院新西伯利亞分院與新西伯利亞大學所繫結合的經驗，1958年5月9日，院黨組向聶榮臻和中宣部呈送了院辦大學的請示報告。6月2日得到中央書記處批准。6月8日成立籌備委員會，郭沫若任主任委員。僅用三個月，就籌備就緒。
1958年9月20日，中國科學技術大學在北京西郊正式開學。首屆招生1600名。郭沫若兼任校長，院副秘書長、黨組成員鬱文擔任校黨委書記。國務院副總理聶榮臻、中國人民大學校長吳玉章、北京大學校長周培源等參加了開學典禮。聶榮臻在典禮大會上講話，他說：中國科學技術大學的誕生，是我國教育史和科學史上的重大事件。
科技大學的專業設置，著重考慮中國急需的薄弱和空白學科，特別是原子能和空間科學技術有關的系和專業。其中有些是國內首次設置的專業。按照「全院辦校，所繫結合」的方針，聘請了院內及各所的著名科學家吳有訓、嚴濟慈、華羅庚、錢學森、趙九章等30多人兼任基礎課教師和校、系、教研室負責人。並設想高年級學生都到研究所實習，畢業班學生到研究所作畢業設計或畢業論文，從而培養、提高他們畢業後從事科學研究的適應能力。1970年初，舉校遷安徽合肥，科大與研究所的這種聯繫也相對削弱。
毛澤東等中央領導人參觀科學院自然科學躍進成果展覽會
為使院內各單位相互了解，與院外有關單位加強協作，並向中央和各有關部門匯報工作，舉辦了自然科學躍進成果展覽會。展覽會自1958年6月著手籌備，在中關村新建的實驗大樓對內展出。10月5日開幕，11月9日閉館。院絕大多數單位都參加了展出，共有展品3000餘件，其中主要展品136件。展覽共分五個館。第一館是新技術和數理化，第二館是技術科學，第三館是綜合考察及地學，第四館是生物學，第五館是圖書、情報和編譯出版。此外，另有一個保密館，專門展出機密性較大的尖端技術方面的科研成果。
參觀展覽會的有院內外445個單位38392人次，並受到黨和國家領導人的關懷和重視，毛澤東、劉少奇、周恩來、朱德、陳雲、鄧小平、彭德懷、彭真、李富春、聶榮臻等先後到展覽會參觀，並對有關展品做了詳細詢問。
展覽會基本上達到了預期目的，但當時正處在「大躍進」的熱潮中，有些展品不夠成熟，有些展品水平一般，但也有不少展品在當時屬於很高水平的研究成果。
派出「高空大氣物理訪蘇代表團」
為了探索在中國發展空間技術的途徑，根據中蘇兩國科學技術協定，中國科學院於10月16日派出「高空大氣物理訪蘇代表團」。團長趙九章，副團長衛一清，成員 有楊嘉墀、錢驥等。代表團在蘇聯考察73天。由於中蘇關係開始緊張，考察受到冷遇，未能洽談合作和技術援助。但通過考察、訪問，代表團進一步認識到發射人造衛星的難度。代表團回國後提出：發展空間技術要適應中國的具體情況，應由小到大，由低級向高級發展，走自力更生的道路。並建議推遲正在進行的人造衛星研製工作，把力量轉移到探空火箭上來。這些建議比較實際，對以後的計劃安排產生了重要影響。
院黨組提出「三大抓」
院黨組在總結半年多科學工作大躍進的經驗教訓後，提出「三大抓」，用以彌補「以任務帶學科」提法的不足。1958年11月7日，向中央呈送了題為《科學工作的大躍進需要向前推進一步》的書面匯報；1959年1月11日《科學通報》刊登由張勁夫署名的與上述匯報標題和內容相同的文章。文章肯定「以任務帶學科」是一種好方法，但也指出，用具體任務帶不起來的某些基本理論和探索性的理論研究，則要重視從學科角度加以安排。在具體任務解決之後，要真正注意把學科帶動起來。文章提到，為了實現中央科學小組提出的提前五年在1962年完成十二年科學規劃的號召，中國科學院要抓緊三大重點任務：一抓尖端科學技術；二抓國民經濟的重大科學技術問題；三抓基本研究。這就是「三大抓」，後來把它簡化為「抓尖端、重大與基本」。
「三大抓」，在尖端科學技術方面，以原子能利用和人造衛星上天的研究為重點，同時發展電子學、半導體、自動控制、計算技術、高溫合金、高能燃料、超高壓、低溫、超真空等一系列新技術，把幾十個學科帶動起來。在國民經濟的重大科學技術問題方面，主要是：第一著重解決當前的一些關鍵問題，如強化冶金過程、農業的少種密植多收以及「小土群」中帶有普遍意義的科學問題，如土法煉鋁、用於人民公社的煤的綜合利用。第二是重大的綜合性問題，如礦產、海水、糧食的綜合利用，沙漠防治。第三是帶有遠期性的開路工作，如西藏考察與開發，地震預報，天氣控制等。在基本研究方面，一是重視總結群眾經驗上升為理論。二是對於間接結合實際的理論工作和探索性的理論工作要得到重要結果。三是適當重視基本資料、數據的積累和研究分析工作，如大地圖集、動植物志等。上面提到的某些具體研究任務，雖然帶有明顯的時代印記，但作為組織科研工作方法與口號，「三大抓」無疑是比「以任務帶學科」更全面、更正確。
國務院批准關於保護古生物化石的報告
古脊椎動物和古人類化石是保存在地層中的古生物遺骸，是地質工作者鑑定地層、了解地球歷史的主要根據；是生物學家、古生物學家研究生物起源、進化歷史的珍貴材料；同時也是研究古地理學和古氣候學的重要資料。因此，古生物化石在科學上有重大價值。地層中埋藏的古生物化石是經過數十萬年甚至數千萬年，長期在地層作用下天然形成的，可採集的數量有限。故世界上科學較發達的國家均有關於保護化石的法令。新中國成立以前，列強國家有許多考察隊來中國掠奪古生物化石。同時，由於古生物化石在中國作為「龍骨」、「龍齒」入藥已有兩千年的歷史。因此在古生物化石產區，農民以從事採藥挖掘由來以久，也使之受到相當破壞。
為保護古生物化石資源，院於1957年11月10日召開古脊椎動物化石保護會議，本著一方面能夠保護科學研究資源，另一方面又能滿足醫藥需求的精神，起草《中國科學院關於禁止隨便採掘古脊椎動物和古人類化石的報告》，提出多項保護措施。建議應加強宣傳，使全國在興修水利和其他各種建設工程中，如發現化石，應與文教部門聯繫，共同商定挖掘辦法；建議醫藥衛生部門研究「龍骨」「龍齒」的醫療價值及代用品，以節約這類化石。本年12月3日，國務院批准了這一報告。
獲得中國第一根矽單晶
由於矽的資源遠比鍺豐富，且半導體矽器件的性能比鍺器件的性能更為優越，所以在開展鍺單晶和鍺器件研究之後不久，物理所半導體研究室在林蘭英領導下就開展了矽材料的研究。並於1958年生長出中國第一根矽單晶。在此基礎上，1962年用直拉法製成無位錯矽單晶。隨後又研究了區熔單晶中位錯密度與生長條件的關係，找到了生長低位錯密度區熔矽單晶的最適條件。在國際上對中國設備禁遠、技術封鎖的情況下，中國靠自力更生，不斷取得半導體矽材料的研究成果，為中國在1960年全面開展半導體矽器件的研製創造了先決條件。
1∶400萬中國大地構造圖出版
中國科學院地質研究所在張文佑主持下，編制出版了中國第一張比例尺為1∶400萬的中國大地構造圖和說明書《中國大地構造綱要》。從大地構造圖上，不僅可以了解中國地殼在各主要構造階段的發展歷史，而且可以從斷裂的延伸、沉積構造的特徵、隆起和凹陷的範圍以及巖漿活動的情況來推測礦產的分布。因此，它除能說明中國地殼發展概況外，還可以做為編製成礦區圖的依據，對地質礦產普查具有指導作用。《中國大地構造綱要》不僅是中國大地構造圖的說明書，還可作為中國地質學的參考書。全書共分九章，系統闡述了中國大地構造的輪廓與特徵，論述了各構造單元的地質發育史、各時代的巖漿活動和沉積建造以及大地構造對礦產的控制，還包含了一系列古構造示意圖、新構造示意圖以及主要礦床的成礦區示意圖。