郭永怀在国外主要是从事理论工作和解析工作，他选定的课题都是国际上的难题。为此人们往往把他看做一位单纯的理论家。然而令很多人意外的是，他也很重视新技术和实验工作，而且为新成立的中科院力学所带来了新技术和实验手段。

认识郭永怀的人都说，郭永怀身体很瘦，平日不苟言笑，总爱低头沉思，然而他工作起来精力超人。当时，郭永怀的工作并不限于中科院力学所，他同时还担任中国科学技术大学化学物理系的主任；承担三峡大坝抗核武器攻击的研究，并进而为工程兵策划建立防护工程研究基地。可以毫不夸张地说，他是我国防护工程研究的奠基人。他又是西南工程物理院的副院长，参加核武器的研制，研究核武器的投放并负责建设该院的结构力学实验室。

核武器研究，“三大菩萨”攻克难关

1960年，前苏联突然撤走了在华的全部核工业系统专家，随后又停止对中国的一切技术设备和资料供应。在这样严峻的形势下，钱三强找到钱学森，希望他推荐一位能够迅速顶上去的专家，钱学森毫不犹豫地推荐了郭永怀。

其实，钱学森也曾犹豫过。因为郭永怀在美国学的是空气动力学，从来没有摸过原子弹，而且原子弹技术在美国和前苏联都是绝密的。可是实践证明，郭永怀不负众望，切实地解决了问题。

1960年3月，中央决定自行研制核武器，组成了一支105名专家学者的特殊队伍，郭永怀正式受命担任九院副院长，负责原子弹的理论探索和研制工作。他和实验物理学家王淦昌、理论物理学家彭桓武一起，组成了中国核武器研究最初的三大支柱，被人们戏称为“三大菩萨”。

夫人李佩回忆说：“他没跟我说过他干什么，但是我知道他要干的事情是比较重要的。因为钱三强那时候到我们家来了好几趟，来找他，跟他谈。他们谈话的时候，一般我都不会在旁边的，但是我知道钱三强那个时候已是二机部的副部长，所以我想一定是跟他二机部的工作有点关系。”

郭永怀的工作更加繁忙了，他不停地穿梭在北京与西北高原原子弹试验基地，指导试验，排解难题。

为了加快核武器的研制步伐，1963年中央决定将集中在北京的专业研究队伍，陆续迁往青海新建的核武器研制基地。这个基地位于海拔3800多米的高原地区，气候极其恶劣，由于缺氧和缺乏营养，不少科研人员都出现了不同程度的高原反应。而郭永怀不停地往来于北京和基地之间，频繁的高原反应严重损害了他的健康。

然而就是在这样的情况下，1964年10月和翌年5月，我国第一、第二枚原子弹先后爆炸试验成功。1967年6月，中国第一颗氢弹爆炸试验成功。而在参与氢弹研制的同时，郭永怀同时还参加了人造卫星的设计。与此同时，为了完成援外任务，他还担任研制一种单兵肩扛式防空导弹的总设计师，只用了不到半年时间就奇迹般地制成了这种超低空的地空导弹。

原子弹爆炸成功，李佩并不知道，她就记得那次郭永怀回家以后，王淦昌就请大家到他们家去吃饭。“他们也不提为什么，但是他们都非常高兴。”李佩说。她事后回想道：“他那天请我们吃饭，为的就是庆祝原子弹爆炸成功吧。”

不幸遇难，誓死保护珍贵资料

1968年10月，郭永怀再次来到青海试验基地，进行中国第一颗热核弹头发射试验前的准备工作。12月4日下午，郭永怀发现了一份非常重要的数据线索，决定立即赶回北京，加以详查。为了安全起见，周恩来总理亲自叮嘱郭永怀等几位科学家，尽量不要乘坐飞机，但当时正处在试验的关键时期，郭永怀为了赶时间，仍决定乘坐当晚兰州民航的一架飞机直飞北京。临行前大家都劝他晚间飞行不安全，郭永怀却笑着说：“飞机快，我只要打一个盹就到了，第二天早上刚好汇报工作……”郭永怀的挚友彭桓武、王淦昌也劝他：“飞机太小，你还是坐火车吧！”他却说：“我搞了一辈子航空，还怕坐飞机！”没料想，这句话竟成了谶语。

意外的事情还是发生了。第二天早上，当飞机飞临北京机场，距地面约400米时，突然失去平衡，一头扎向1公里外的玉米地，腾起一团火球，机上十几个人，只有一人幸免于难。据这位幸存者回忆，在飞机开始剧烈晃动的时候，他只听到郭永怀大喊：“我的文件！”后来的事情就再也记不得了。后来，搜救人员在烧焦的尸体中发现了两个紧紧抱在一起的人，当人们费力地把他们分开时，才发现两具尸体的胸部中间，紧紧抱着的正是一份完好无损的热核导弹试验数据文件。凭借残存的几缕花白的头发，人们认出这两个人就是郭永怀和他的警卫员牟方东。郭永怀在生命的最后关头，用自己的身体保护了国家珍贵的绝密资料！

当时，在中南海日理万机的周恩来总理闻讯后眼眶顿时湿润了。郭永怀的亲密好友钱学森百倍伤感，连声叹息：“一个全世界知名的优秀力学专家离开了人世！”而当年年底，祖国大西北一项核试验成功的轰然巨响，仿佛是为他送行的礼炮声……

1968年12月25日，中华人民共和国内务部授予郭永怀烈士称号。1982年12月由科学出版社出版了《郭永怀文集》；1985年补授郭永怀等一项国家科学技术进步奖特等奖；1999年国庆50周年前夕，中共中央、国务院、中央军委授予23位科技工作者用515克纯金制成的“两弹一星”功勋奖章，其中郭永怀是唯一以烈士身份被追授此勋章的学者。

如今，在郭永怀工作过的中国科学院力学研究所大院里矗立着他的汉白玉半身塑像；在他参与筹建的中国空气动力中心大院的松林山上建有一座纪念亭，上面刻着张爱萍将军所书的三个大字“永怀亭”。