于敏是新中国氢弹研究中的关键核心人物。他在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题，提出了从原理到构形基本完整的设想，起了关键作用。1965年10月，在于敏的亲自组织和部署下，氢弹理论得以突破。目前全世界只有两种氢弹构型，美国的T-U构型和中国的于敏构型。

　　此后长期领导核武器理论研究、设计，解决了大量理论问题。

　　对中国核武器进一步发展到国际先进水平作出了重要贡献。从20世纪70年代起，在倡导、推动若干高科技项目研究中，发挥了重要作用。 1982年获国家自然科学奖一等奖。1985年、1987年和1989年三次获国家科技进步奖特等奖。1994年获求是基金杰出科学家奖。1999年被国家授予“两弹一星”功勋奖章。1985年荣获“五一劳动奖章”。1987年获“全国劳动模范”称号。

　　由于核武器的保密原因，于敏的一切长期以来都处于高度保密中。从1976年到1988年，于敏的名字是保密的，直到1988年以后，于敏才获得出国进行学术交流的机会。由于工作的关系，于敏首次出国是以某大学教授的身份去美国访问的。在不到一个月的时间内，尽管去了许多地方，但他始终像个“哑巴”：要问也不方便问，要说也不方便说，很不好受。

　　提出氢弹原理方案

　　在我国研制第一枚原子弹尚未成功时，有关部门就已做出部署，要求氢弹的理论探索先行一步。1960年底，钱三强找于敏谈话，让他参加氢弹原理研究，于敏毫不犹豫地答应了。在钱三强的组织下，以于敏等为主的一群年轻科学工作者，悄悄地开始了氢弹技术的理论探索。

　　从原子弹到氢弹，按照突破原理试验的时间比较，美国人用了七年零三个月，英国四年零三个月，法国八年零六个月，前苏联四年零三个月。主要一个原因就在于计算的繁复。而中国的设备更无法可比，国内当时仅有一台每秒万次的电子管计算机，并且95%的时间分配给有关原子弹的计算，只剩下5%的时间留给于敏负责的氢弹设计。穷人有穷办法，于敏记忆力惊人，他领导下的工作组人手一把计算尺，废寝忘食地计算。一篇又一篇的论文交到了钱三强的手里，一个又一个未知的领域被攻克。四年中，于敏、黄祖洽等科技人员提出研究成果报告69篇，对氢弹的许多基本现象和规律有了深刻的认识。

      1964 年9 月，38岁的于敏带领一支小分队赶往上海华东计算机研究所，抓紧计算了一批模型。但这种模型重量大、威力比低、聚变比低，不符合要求。于敏总结经验，带领科技人员又计算了一批模型，发现了热核材料自持燃烧的关键，解决了氢弹原理方案的重要课题。于敏高兴地说：“我们到底牵住了‘牛鼻子’！”他当即给北京的邓稼先打了一个耐人寻味的电话。为了保密，于敏使用的是只有他们才能听懂的隐语：暗指氢弹理论研究有了突破。“我们几个人去打了一次猎……打上了一只松鼠。”邓稼先听出是好消息：“你们美美地吃了一餐野味？”“不，现在还不能把它煮熟……要留做标本。……但我们有新奇的发现，它身体结构特别，需要做进一步的解剖研究，可是……我们人手不够。”“好，我立即赶到你那里去。”年底，于敏开始从事核武器理论研究，在氢弹原理研究中提出了从原理到构形基本完整的设想，解决了热核武器大量关键性的理论问题，并在平均场独立粒子方面做出了令人瞩目的成绩。

　　1967年6月17日，中国的第一颗氢弹在爆炸成功。

　　上世纪80年代初，于敏意识到惯性约束聚变在国防上和能源上的重要意义。为引起大家的注意，他在一定范围内作了“激光聚变热物理研究现状”的报告，并立即组织指导了我国核理论研究的开展。1986年初，邓稼先和于敏对世界核武器科学技术发展趋势作了深刻分析，向中央提出了加速我国核试验的建议。事实证明，这项建议对中国核武器发展起了重要作用。