1957年，苏联发射了世界上第一颗人造卫星，轰动世界。赵九章敏锐地意识到人造卫星对于国家发展的重要意义。同年10月，在中国科学院召开的座谈会上，他就建议中国要开展人造卫星工作。次年，毛泽东主席在中共八届二次会议上提出“我们也要搞人造卫星！”

1958年7—8月间，中国科学院成立了581组，专门研究卫星问题，钱学森任组长，赵九章、卫一清任副组长。技术方面主要由赵九章负责，确定的方案是先从火箭探空入手。

为了提出人造卫星的研制方案，赵九章于1958年10月16日率领中国高空大气物理代表团到苏联学习，没想到他们在那里待了好几十天，与卫星有关的技术却什么都没看到。回国后，他果断提出“中国发展人造卫星要走自力更生的道路，要由小到大，由低级到高级”的重要建议。先从探空火箭搞起，再搞小卫星，第三步再搞大卫星。

1958年，赵九章（左）在苏联考察卫星

1964年10月下旬，赵九章应邀到基地参观“东风二号”导弹第二次发射试验。试验的成功让他意识到我们的运载火箭已经有能力发射自己的人造卫星了。于是，同年12月27日，当他参加第三届全国人民代表大会期间，当面书呈周总理，建议将人造卫星研制列入国家计划。周总理收到这封信后，十分重视。后经中央专委1965年5月12次会议和1965年8月13次会议研究批准，卫星正式立项。

1965年10月，针对第一颗人造地球卫星研制的方案论证会召开。赵九章在会上报告了我国卫星的总体方案（草案），足足42天，他们白天开会，晚上计算，集思广益。经过深入细致的论证，最终用4个方案、15万字的专题材料，勾画出这颗承载中国人梦想的人造卫星雏形——一个直径1米的近球形72面体，播放《东方红》乐曲，它的名字叫做“东方红一号”。

1966年1月，中国科学院成立了卫星设计院（代号“651”设计院），赵九章任院长。从预研到初样，人造卫星的研制工作都是在赵九章的领导下完成的，他为中国第一颗人造卫星的研制作出了巨大贡献。

1970年4月24日，载着赵九章梦想的“东方红一号”在酒泉发射成功，《东方红》响彻天际。

“东方红一号”卫星

参与卫星研制工作的“两弹一星”功勋科学家王大珩说：“当年赵九章主持制定的我国第一颗卫星的研制方案和卫星系列规划，既符合科学又切合实际，以后相当一段时期我们的工作基本上都是按照当初的计划进行的。”