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针对外国海上封锁，1958年，毛泽东断然提出：“核潜艇，一万年也要造出来！”周恩来指定苏振华担任核潜艇研制领导小组组长。苏振华立即着手组建工作机构，动员全国力量投入这一工程，组织核动力开发研究。
1959年国庆节晚上，苏振华带着儿女们到天安门城楼看焰火晚会。大女儿、大儿子走在他前面，他一手抱着小儿子，一手牵着小女儿，另外两个在他身后拉着衣襟。上城楼时，遇到了***和夫人王光美。王光美一把抱过苏振华手里的小孩叹息道：“老苏啊！真的难为你了，又当爹又当妈，这不是办法啊。”这事被毛主席知道了，主席特意找到苏振华，对他说：“一定要找一个，找个合适的。”主席还发动大家帮忙找。1959年秋，经海军司令员肖劲光的介绍，与海军政治部文工团演员陆迪伦结为伉俪。
1960年，中苏交恶。苏联单方面撤走专家，有关舰艇与导弹的资料和部件也不再提供。这使中国正在建造的舰艇陷入困难境地，有半途而废的危险。但中国人不信邪，中国核潜艇研制工作仍然继续进行。1960年6月，北京原子动力所提出了《潜艇核动力方案设计（草案）》。经中央军委批准，于1961年组建舰艇研究院，调得力干部***、于笑虹和戴润生担任领导。1962年，由于内有天灾人祸，外有赫鲁晓夫施压，中国国民经济十分困难。许多建设项目被迫下马，核潜艇研制也面临难以前进的困难。苏振华坚持保留必要的研制人员，使核潜艇研制工作不致中断。1964年10月16日，中国西部沙漠上空，升起了原子弹爆炸的蘑菇云，驱散了笼罩中国3年的“晦气”。苏振华日夜不能释怀的核潜艇研制工程，这时便又提到了他思考的重要位置。中央专门委员会批准核潜艇研制重新上马，时间是1965年8月19日。核潜艇研制再度开发，苏振华激动得流下了泪水。。就在这个时候，林彪操纵李作鹏等人篡夺海军领导权的步子加紧。10月，李作鹏等利用海军党委三届二次会议的机会，背地里炮制了《三年基本总结》，为他们夺海军领导权大造舆论。随后的“文革”浊流席卷全国，林彪一伙利用动乱，在1967年1月15日深夜，非法绑架了苏振华，接着将他宣布为“三反分子”、“***安在海军的定时炸弹”，实行残酷斗争，从精神和肉体上进行百般折磨。
自1967年至1972年，在长达6年的时间里，苏振华被剥夺了同中央和中央军委的联系，过着“劳改犯”的生活。身处逆境的苏振华不为个人安危着急，但为海军建设担忧，为核潜艇研制担心，为所有新型舰艇的研制担心。核潜艇的研制因“文革”混乱面临搁置，危险还是毛泽东化解的。在关键时刻，他连续几次亲笔批示，加快了研制核潜艇的进程。
1970年12月26日，中国第一艘核潜艇胜利下水。十多年的艰辛，几度风雨。身处湖南偏僻关押地的苏振华，听到这个消息后，激动不已。1972年，苏振华回到北京，这是毛泽东和周恩来亲自过问的结果。毛泽东批准他恢复工作。周恩来也提出：“苏振华有军队工作的经验，也有地方工作的经验，军队不用，我们用。”苏振华恢复工作后，改任海军第一政委，并担任海军党委第一书记。1973年，他参加了中共十大，被选为中央政治局候补委员。苏振华大力整顿海军，使遭受林彪反革命集团严重破坏的海军出现了新面貌。并且，领导海军急起直追世界海军强国。
1975年5月3日，毛泽东主持中央政治局会议，他同每一个到会的政治局委员握手交谈。他握着苏振华的手，语重心长地说：“共和国的海军要使敌人怕。”说着，又不无遗憾地用小拇指比划着：“现在的海军只有这么大！”他又鼓励道：“海军要靠你呀！”苏振华是无愧于重托的。在他和海军其他领导人的努力下，经过几十年的奋斗，结束了中国百年来有海无防的历史。1976年10月6日，中央采取断然措施，一举粉碎了“***”篡党夺权阴谋。苏振华受中央委派连夜接管了新华社、人民日报社等宣传机构。粉碎“***”后：“***”的余党在大本营上海企图做垂死挣扎，阴谋策划反革命武装叛乱。而被“***”一伙把持的中共上海市委陷于瘫痪，情况十分紧急。中央于10月20日决定：由苏振华任中共上海市委第一书记，同倪志福、彭冲到上海主持工作。苏振华一行到上海后，团结和带领上海广大军民，迅速摧毁了“***”在上海的帮派体系，把上海的揭批整运动和各条战线的工作纳入正常轨道。“***”在上海的10年苦心经营，一朝破灭。
1977年8月，苏振华参加中共十一大，被选为中央委员，接着在十一届一中全会上当选为中央政治局委员。党的工作重点转移到经济建设上来了，苏振华仍十分牵挂着海军现代化建设。1979年春节，他带病走遍海军机关大院，看望了干部和战士。2月6日，他的病情加重，但仍旧向医院请假，参加了海军所属的一个研究所的会议，并在会上讲了40多分钟的话，他以百倍的信心和激动的话语展望海军装备发展的明天。2月7日，苏振华在北京逝世，终年67岁。