1967年，孙家栋开始迎来人生的第一次辉煌。他被钱学森点将，调任第一颗人造卫星总体设计师。
回国以后，孙家栋被安排到国防部第五研究院（以下称五院），这是新中国第一个导弹研究机构。起初，五院的科研工作是仿制苏联”P-2”导弹。1960年，苏联撤走了全部在华专家，孙家栋被提拔为型号总体设计室主任，他参与成功仿制“P-2”导弹、试射国产“东风一号”导弹。1966年10月27日，我国又成功进行了导弹核武器试验。
第二年，孙家栋开始迎来人生的第一次辉煌。1967年，中央决定组建中国空间技术研究院，钱学森为院长。7月，孙家栋被钱学森点将，调任第一颗人造卫星总体设计师。
1969年10月，“东方红一号卫星”初样基本告成。1970年4月24日21时34分，我国第一颗卫星终于升空了。“东方红一号”卫星总重量173千克，相当于苏、美、法、日第一颗卫星重量的总和，它还将《东方红》乐曲送向上太空。
