1954年11月起，苏联向中国提供了米格—17样品及全套资料，中国于1956年仿制成功命名为歼-5歼击机。1955年1月以后，苏联向中国转交了AK-47自动枪、C-41半自动步枪、捷克加列夫轻机枪等技术资料，中国于翌年分别仿制成56式冲锋枪(实际应称自动步枪)、56式半自动步枪和56式轻机枪。苏联还提供了现役的T-54A坦克和各种火炮的样品图纸，中国仿造成功后命名为59式坦克和带“5”字头的各式火炮。中国军工水平就此于50年代后期又实现了一次飞跃，在常规装备领域已接近或达到当时的世界先进水平。

赫鲁晓夫时代对中国提供的最重要的援助，是帮助建造核弹、导弹生产企业和相应技术。1954年赫鲁晓夫来华时，毛泽东曾提出过是否能在核弹、导弹技术方面提供帮助，苏方采取了婉拒态度。1956年东欧出现反对苏联控制的波兰、匈牙利事件，1957年6月苏共党内莫洛托夫等元老又要求推翻赫鲁晓夫，赫鲁晓夫在掌握军队的朱可夫主持下打倒了多数中央主席团成员，却未摆脱内外交困的处境。同年7月上旬，赫鲁晓夫派主席团委员米高扬来华介绍情况，希望中共中央对他表示支持。

毛泽东连夜主持开会研究，中共中央最后决定为照顾中苏关系，并考虑到赫鲁晓夫是当时苏共领导中比较好打交道的一位，公开表态支持苏共中央的决定。鉴于赫鲁晓夫在政治上有求于中国，7月18日聂荣臻提出，应利用这一机会交涉核技术援助，周恩来请示毛泽东后马上做出安排。此次苏方反应空前迅速，7月20日苏联驻华总顾问阿尔希波夫代表政府做出同意答复。据前些年已经解密的俄罗斯档案记载，赫鲁晓夫不顾军方坚决反对，决定向中国提供原子弹生产技术，帮助建立核工厂。

1957年9月，聂荣臻所率的中国代表团访苏，赫鲁晓夫在确认毛泽东同意访苏的消息后，同意签订了中苏国防新技术协定。同年11月，毛泽东到莫斯科参加了六十一国共产党、工人党会议，在大会发言中表示了支持赫鲁晓夫战胜“反党集团”，同时拥护苏联在社会主义阵营的“为首”地位。从同年末开始，苏联开始履行协议，对华提供了P-2导弹作为中国导弹事业起步的最早样品。翌年，苏联又向中国提供了所需核工业设备，并派出近千名专家，建成了湖南和江西的铀矿、．包头核燃料棒工厂及酒泉研制基地、新疆的核实验场，中国正式进入了核工业建设和研制核武器的新阶段。

1958年夏天，中苏之间因“长波电台”和“联合(潜艇)舰队”事件发生争执，翌年6月赫鲁晓夫通知中国“暂缓两年”向中国提供原子弹样品和制造技术。1960年7月，苏联又撤回在中国核工业和军工部门的专家，不再履行这一领域的协定，不过此前苏联的技术援助还是大大加快了中国“两弹”事业的进程。中国能完成“两弹一星”这一伟大事业，主要因素无疑是本国科技人员的努力和全国各部门团结奋斗的结果，但苏联短时期的援助也毕竟起到了一些作用。笔者同周恩来总理最后两任军事秘书周家鼎、王亚志谈到此事时，这两位当年亲自参与其事的老前辈都感叹说，虽然苏联中断合同撤走专家，留下一堆“半拉子”工厂，毕竟比我们白手起家要好得多。