1968年12月5日，周总理正在中南海怀仁堂接待外宾，这时他的秘书匆匆走到他身边耳语了几句。随后，周总理停止了和外宾的交谈，走出房间。当他走出房间后，他突然抑制不住地失声痛哭，久久不语。按说，周总理一向沉稳果敢，做事情极为克制，那么是什么事情，竟然让他这般难掩悲恸呢？

事情还要从当天凌晨发生的一起空难事件说起。

凌晨5时许，一架民航小型飞机出现在北京首都机场上空。结果在距离地面400米高空时，飞机突然失去平衡，坠毁在距离机场1公里的玉米地里。

空难发生后，救援人员迅速赶到现场。当时现场一片狼藉，空气中弥漫着烧焦的气味，飞机残骸和支离破碎的尸骨散落了一地。

在清理的过程中，战士们发现了两具抱在一起的遗体。由于已经严重碳化，他们用了很大劲，才把两具遗体分开。结果他们意外地看到，两具遗体的胸部，竟夹着一个皮质公文包，由于保护得当，公文包虽然边缘已经烧焦，但大部分却完好无损。

随后，有关人员打开了公文包，当他们看到里面的绝密文件后，顿时潸然泪下。后经辨认，这两具遗体正是郭永怀和他的警卫员牟方东。

当时飞机上一共有13人，除了飞行员幸存下来，其他人全部葬身火海。据飞行员回忆，在飞机坠毁的前一秒，郭永怀突然大叫一声：“我的公文包！”说完就把公文包夹在他和牟方东的胸前，并紧紧地抱在了一起。正是他这一举动，才让公文包里的绝密文件得以保全，为22天后的中国第一颗热核导弹的顺利发射，提供了重要数据和保障。

周总理第一次见到郭永怀，是在1956年。

当时，郭永怀已经在空气动力学方面颇有建树。比如1949年，他就开创了一种新的计算方法“奇异摄动理论”，解决了世界物理第一大难题“跨声速气体动力学”。他的计算方法由于简洁省时，因此受到了物理学领域专家们的一致认可，而他也因此成为了闻名世界的空气动力学家，还被誉为“一代应用数学大师”。

除此外，郭永怀还与钱学森合作发表重要数论论文“上临界马赫数”概念，为解决跨声速飞行问题，做出了宝贵的论证和理论基础。

由于郭永怀的研究很具有军事价值，当时美国军方找到他，希望他能为美国军方效力。但他回绝道：“我来美国，是为了我的祖国。”也因此，他上了美国的黑名单，从此失去了浏览保密资料的权利。

尽管如此，美国仍然千方百计地想要留住郭永怀。他们许以高薪，聘请郭永怀为康奈尔大学航空工程研究生院终身教授，还安排了环境优美的别墅给他和妻女居住，并且还给他配备了很好的科研实验室。他的夫人李佩回忆，当时郭永怀在美国的月薪已经达到了800美元，生活上非常富足。

不过，这一切仍然阻止不了郭永怀想要回国效力的决心。特别是钱学森历经万难，于1955年顺利回国后，他更是做好了时刻准备启程回国的准备。

然而，当郭永怀向美国提交回国签证时，美国却百般拒绝。当时也有美国友人劝说郭永怀，他们说中国贫穷落后，回去也没有好的科研环境，不如留在美国，将来在科研方面会有更多建树。但是郭永怀却生气地说：“家贫国穷，只能说是做儿子的无能。”

由于成天思考着回国，郭永怀很快就被移民局盯上了。为了能顺利回国，他在回国前夕，不得不当着众人的面，把自己十几年来苦心所做的研究手稿全部焚毁。他的夫人李佩于心不忍，劝他不要烧，但他笑着说：“如果不烧掉这些尚未发表的手稿，就会给移民局留下口实，也许就不能顺利回家了。”

经历了1月余的海上颠簸，郭永怀终于带着妻女回到了祖国。在见到钱学森的那一刻，这对挚友忍不住流下了眼泪。随后，郭永怀受到了周总理的亲切接见。周总理深知国内条件艰苦，因此一直要求郭永怀多提要求。但郭永怀只说了一句：“我只想尽快投入到工作中去。”不仅如此，他还把他省吃俭用省下来的5万元钱捐给了国家。

郭永怀先是受钱学森的邀请，担任了刚成立不久的力学研究所副所长职务，主要负责力学研究学术方面的工作。同时，他为了能为国家培养更多力学方面的人才，招收了力学研究所第一批研究生。接着，他又到清华和北大开办了力学研修班。为了能为国家培养更多国防科学尖端人才，他又成为中国科学技术大学的主创者之一，并主动担任了化学物理系的首位系主任。

当时，国家已经提出要把核武器研究作为国家重点工作项目，国防第五研究院成立后，钱学森被任命为院长。随着导弹研制的推进，分身无术的钱学森不得不把工作重心转移到导弹研制方面，而力学研究所的所有工作，便落在了郭永怀肩上。

然而二机部副部长钱三强的来访，让郭永怀繁重的工作又多了一项。

原来，中国在进行核武器研发之初，苏联和中国签订了《国防新技术协定》，并承诺向中国提供数据模型和原子弹数据等。同时还向中国增派了上百名核武器专家，帮助中国研发原子弹。然而随着中苏关系恶化，苏联单方面撕毁了《国防新技术协定》，撤走所有专家，并把所有数据和图纸全部带走了。