1958年5月29日 聂荣臻元帅同黄克诚、钱学森一起部署了我国第一枚近程导弹的制造工作。同年，中国科学院成立了以钱学森为组长，赵九章、卫一清为副组长的领导小组，负责筹建人造卫星、运载火箭以及卫星探测仪器和空间物理的设计、研究机构。同年，钱学森任中国科学技术大学近代力学系主任。
1959年 经杜润生、杨刚毅介绍，钱学森加入了中国共产党。
1960年11月15日 在聂荣臻元帅现场亲自指导下，以张爱萍将军为主任，孙继先、钱学森、王诤为副主任的试验委员会，在我国酒泉发射场成功地组织了我国制造的第一枚近程导弹的飞行试验。
1961年 他编著的《物理力学讲义》正式出版。6月，在中国科学院举办的星际航行第一次座谈会上钱学森发表了题为《今天苏联及美国星际航行火箭动力及其展望》的讲演。在中国自动化学会成立大会上，全体代表一致推举钱学森为首任理事长。
1963年 中国科学院成立由竺可桢、裴丽生、钱学森、赵九章领导的星际航行委员会。
1964年6月29日 我国自行设计的中近程导弹进行飞行试验获得成功。
1965年1月8日 钱学森正式向国家提出报告，建议早日制订我国人造卫星的研究计划，并列入国家任务。在以后的岁月中，钱学森为解决人造卫星研制中的许多关键技术问题贡献了智慧。同年，钱学森任第七工业部副部长。
1966年10月27日 钱学森协助聂荣臻元帅，在酒泉发射场直接领导了用中近程导弹运载原子弹的“两弹结合”飞行实验，获得圆满成功。
1968年 钱学森兼任中国空间研究院第一任院长。
1970年 钱学森任国防科学技术委员会副主任。4月24日，重量为173kg的我国第一颗人造卫星发射成功。钱学森和发射基地的领导人在现场发表了热情洋溢的讲话。“五一”国际劳动节晚上，毛泽东主席、周恩来总理在天安门城楼上接见了钱学森、任新民等参加第一颗卫星工程研制的代表。
1978年 9月27日钱学森发表的《组织管理的技术--系统工程》论文，对运筹学、系统工程和系统分析科学活动在中国的繁荣，产生了十分积极的影响。
1979年 钱学森荣获加州理工学院“杰出校友奖”。
1982年 钱学森任国防科学技术工业委员会科学技术委员会副主任。钱学森是中国共产党第九、第十、第十一、第十二届全国代表大会代表和中央委员会候补委员。钱学森等著的《论系统工程》于11月出版。
1985年 钱学森因对我国战略导弹技术的贡献，作为第一获奖人和屠守锷、姚桐斌、郝复俭、梁思礼、庄逢甘、李绪鄂等获全国科技进步特等奖。
1986年4月11日 中国人民政治协商会议六届四次全国委员会增选钱学森为副主席。两个月后，中国科协第二次全国代表大会在1986年6月27日一致选举钱学森为中国科协主席。
1989年6月29日 在美国纽约召开的1989年国际技术与技术交流大会授予钱学森“威拉德WF小罗克韦尔（Rockwell，Jr．）奖章”和“世界级科学与工程名人”、“国际理工研究所名誉成员”的称号，表彰他对火箭导弹技术、航天技术和系统工程理论作出的重大开拓性贡献。
1991年10月16日 国务院、中央军委授予他“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英雄模范奖章。同年任中国科协名誉主席。
1999年9月18日 中共中央、国务院、中央军委授予他“两弹一星”功勋奖章。
2000年 《钱学森手稿（1938~1955）》出版。
2001年 获霍英东奖金委员会颁发的第二届“霍英东杰出奖”（中国地区）。
经国际小行星中心和国际小行星命名委员会审议批准，将中国科学院紫金山天文台发现的国际编号为3763号小行星，正式命名为“钱学森星”。
《论宏观建筑与微观建筑》出版。
《第六次产业革命通信集》出版。
《创建系统学》出版。