1968年10月3日，他又一次來到試驗基地，為中國第一顆導彈熱核武器的發射以及從事試驗前的準備工作。1968年12月4日，在青海基地整整呆了兩個多月的他，在試驗中發現了一個重要線索。他要急著趕回北京，就爭分奪秒地要人抓緊聯絡飛機。5日凌晨，飛機在首都機場徐徐降落。在離地面400多米的時候，飛機突然失去了平衡，墜毀在1公里以外的玉米地裡。當人們辨認出他的遺體時，往常一直穿在身上的那件夾克服已燒焦了大半，在他的懷裡發現了裝有絕密資料的公文包安然無損。

他就是著名力學家、應用數學家、空氣動力學家，授予"兩彈一星功勳獎章"，也是唯一一位獲得"烈士"稱號的科學家，他的名字叫郭永懷。

郭永懷飛機失事的訊息第一時間傳到國務院，總理周恩來當場失聲痛哭，良久不語，隨即下令徹查這一事故，並指示《人民日報》釋出這一不幸的訊息 。此時郭永懷剛滿59歲，22天后中國第一顆熱核導彈試驗獲得成功。

1938年夏，中英庚子賠款基金會留學委員會舉行了第七屆留學生招生考試，在3000多名參考者中，力學專業只招一名。考試結果，郭永懷與錢偉長、林家翹一起以5門課超過350分的相同分數同時被錄取。1940年8月，經過一番周折，郭永懷一行來到加拿大的多倫多大學應用數學系學習。1941年，郭永懷又赴當時國際上著名的空氣動力學研究中心――美國加利福尼亞州立理工學院研究可壓縮流體力學，和錢學森一起成為世界氣體力學大師馮·卡門的弟子，於1945年完成了有關"跨聲速流不連續解"的出色論文，獲得了博士學位。1949年，郭永懷為解決跨聲速氣體動力學的一個難題，探索開創了一種計算簡便、實用性強的數學方法――奇異攝動理論，在許多學科中得到了廣泛的應用。正是因為在跨聲速流與應用數學方面所取得的兩項重大成就，郭永懷由此馳名世界。

1953年8月，中美繼簽定北韓停戰協定後在日內瓦舉行大使級會談。經過中國政府的努力，美國政府不久被迫把禁止中國學者出境的禁令取消，但以"維護國家安全"為由設定種種障礙。在面對優越的科研和生活條件與祖國需要何去何從的時候，郭永懷毅然決然拒絕了美國同事請他參加的機密研究專案，放棄了美國康乃爾大學教授的優厚待遇，攜妻挈女義無反顧路上歸途。

為了避免美國政府製造麻煩，在和學生們聚會的篝火旁，他掏出十幾年來寫成的沒有公開發表的書稿，一疊一疊地丟進火裡，燒成灰燼，這令在場的學生驚呆了，夫人李佩教授當時也感到可惜。

1959年6月，蘇聯方面突然拒絕向中國提供原子彈的數學模型和技術資料。1960年7月，蘇聯政府又照會中國政府決定撤走在華的核工業系統的全部專家，隨後又停止供應一切技術裝置和資料。蘇聯的單方面撕毀協定和合同，給剛剛起步的中國核工業帶來了意想不到的困難。郭永懷臨危受命，他與王淦昌、彭桓武形成了中國核武器研究最初的"三大支柱"。

1964年10月第一顆原子彈試驗成功，1965年9月第一顆人造衛星發射成，1966年10月第一顆裝有核彈頭的地地導彈爆炸成功，1967年6月第一顆氫彈空爆試驗成功，郭永懷成為在中國唯一一位為中國核彈，氫彈和衛星實驗工作均作出巨大貢獻的科學家。