1956年1月，中共中央发出“向现代科学进军”的伟大号召，提出了“制订1956年到1967年科学发展远景规划”的任务和要求，并提出“用极大的力量加强中国科学院，使它成为领导全国提高科学水平，培养新生力量的火车头”的保障措施。2月份便开始在全国范围内选调干部到中科院任职。时任地方工业部党组书记的张劲夫由陈毅提名，时任山西省省长兼省政协主席的裴丽生由安子文提名，经中央批准后，分别担任中科院党组书记、副书记，并随即抽调百余名地市级（包括省军级）干部到中科院各研究所担任领导，使更多的科学家从繁杂的行政事务中解脱出来，更好地致力于科学研究工作。

裴丽生到任后，先后兼任中科院秘书长、副院长，协助张劲夫主持院内日常工作，并负责生物、地学、资源综合考察等方面工作。他为中科院系统参与研制“两弹一星”做了大量基础性的协调工作。

裴丽生与人造地球卫星

1958年5月，毛泽东主席发出“我们也要搞人造卫星”的伟大号召，中科院党组在组织科学家讨论的基础上，决定把人造卫星工作列为全院1958年的第一号任务，成立代号为“581”的研制组，组长为钱学森，副组长为赵九章、卫一清。并成立了新技术局，主任为谷羽，分管领导为院党组副书记、秘书长裴丽生。

对于国防尖端科研工作，裴丽生事无巨细，亲历亲为，几乎每周都要召开一两次专题会议，认真听取各有关研究所科技骨干、所长和党委书记的汇报发言，协调院机关职能部门解决存在的问题，全力以赴保障科研人员攻克技术难关。在各研究所夜以继日的通力合作下，仅两个月就完成了运载火箭的初步设计，并拿出了载有多种高空环境探测仪器及动物舱的两种探空火箭头部模型，迈出了自力更生发展我国空间事业的艰难一步。

与此同时，在国防科委组织下，中科院与国防部五院联合制订了研制“和平一号”地球物理火箭探空计划。1960年，中央实行“调整、巩固、充实、提高”的八字方针。邓小平和陈云均指示：“卫星还要搞，但是要推后一点。”中科院党组决定暂停卫星研制工作，集中力量先搞气象火箭探空，分管此项工作的裴丽生多次到火箭试验场观摩视察。

1960年，山西省凭借太原市的工业优势和技术人才条件，搞出了一种名叫“0300号产品”的探空运载火箭，但箭上没有探测仪器，也没有遥测和跟踪定位等地面系统，他们向中科院求助。在裴丽生的安排和协调下，9月下旬，中科院地球物理所和自动化所分别派出工作组到太原，并陆续运去仪器和设备。11月中旬，完成了发射前的调试和检测工作，裴丽生和力学所所长钱学森、地球物理所副所长卫一清专程到太原视察并听取有关准备情况的汇报。12月7日发射当天，他们又赶赴太原发射现场。虽然火箭最终因尾翼强度不够未达到预期目标而没有发射成功，但取得了火箭探空发射工作的实战经验。裴丽生亲自到各测量点鼓励大家不要泄气，不要背思想包袱，做好工作总结，以利再战。

1961年4月，苏联载人飞船进入太空，再次引起我国科技界和国防部门的极大关注。中科院专门组织星际航行座谈会，确定每次由一个专家讲一个专题，钱学森、赵九章等知名科学家都先后主讲。每次中心发言后，裴丽生都请与会人员各抒己见，畅所欲言，得到了很多有益的设想和建议，为后来的卫星工程顺利上马提供了技术储备。这样的讲座，3年间共举办了12次，均由裴丽生主持。系列性的星际座谈会，把裴丽生与相关的科学家紧密地联系在一起。

1961年5月6日，中央专委第12次会议根据国防科委的报告，决定将人造卫星列入国家计划，并确定由中科院为卫星总体技术抓总单位，卫星本体也由中科院负责研制，七机部负责运载工具，地面测控由中科院和四机部共同负责。在裴丽生的主抓下，中科院及时报送了《关于发展我国人造地球卫星工作的规划方案建议》，中央专委第13次会议讨论并批准这个建议。中科院确定仍由裴丽生负责具体组织工作。

1963年，中科院星际航行委员会成立，由竺可桢、裴丽生、钱学森、赵九章领导，为我国航天事业早期发展做了大量开拓性工作。1964年8月17日，中科院成立以裴丽生为组长，谷羽、杨刚毅、赵九章为副组长的卫星工作领导小组，紧锣密鼓地开始了卫星研制的各项工作。

由于研制人造卫星工作在国内是首创，没有前人经验可供借鉴，它所涉及的行业和技术，其广泛和复杂程度也是空前的。为集思广益、讨论方案，国防科委委托中科院组织并主持卫星论证会。从1965年10月20日至11月30日，在裴丽生的主持下，召开了由国防科委、国防工办、国家科委、四机部、七机部、邮电部、总参、陆军、海军、空军、通信兵部、发射基地等部门120多名专家参加的人造卫星论证会，对人造卫星的技术方案、进度计划、保证条件等进行了充分讨论和协调。

研讨大会结束后，在裴丽生的主持和推动下，中科院迅速落实相关工作。一是于1965年12月7日至30日，召开中科院人造卫星第一次会议，具体落实了各所、厂承担的研制任务，明确了工作进度和技术负责制；二是于1966年1月25日正式成立卫星设计院（651设计院），赵九章为院长，杨刚毅为书记；三是1966年5月10日至25日，又召开卫星系列规划论证会议，确定了卫星系列的研制重点和排队次序为侦察测地卫星、通信卫星、气象卫星、载人飞船和导航卫星；四是同期安排空间技术预研课题170多项。这对后来的卫星上天及空间技术探测起到了重要作用。