从1954年11月起，苏联开始向中国提供更先进的武器装备。如原合同是苏方向中国提供米格-15飞机样品及技术资料，这时已改为提供最先进的米格-17样机和全套技术资料及援建飞机生产线。仅用不到两年时间，在1956年7月，新中国就试制成功喷气式歼击机，它被命名为歼-5型歼击机。这使中国一跃跨进喷气时代的先进行列。
这期间，苏联先后又向中国提供了AK-47自动枪、C-41半自动步枪、捷克加列夫轻机枪等一批常规武器技术资料，中国于1956年分别仿制成功56式冲锋枪、56式半自动步枪、56式轻机枪。接着，苏联又向中国陆续提供了现役的T-54坦克、各种火炮的样品及图纸，中国于50年代末仿制成功后命名为59式坦克和带“5”字头的各式火炮。
苏联对中国的这些援助，使中国用很少的代价（折算几十亿人民币），仅用不到10年时间就建立起配套的现代国防工业基础，并在常规武器领域已接近或达到当时的世界先进水平。
早在1954年赫鲁晓夫第一次访华时，毛泽东就提出希望苏联在核弹和导弹技术方面帮助中国，被赫鲁晓夫婉拒。毛泽东虽然表示这个问题以后再谈，但内心很恼火。然而，不久东欧出现了反对苏联控制的波匈事件，再加上苏共党内的元老派这时又要求推翻赫鲁晓夫，使赫鲁晓夫的领导地位又面临新的危机。尽管赫鲁晓夫在掌握军队的朱可夫的支持下，采取断然措施打倒了中央主席团的反对派，但并没有摆脱内外交困的处境。为此，赫鲁晓夫在1957年7月派米高扬来中国介绍情况，希望中共中央予以支持。毛泽东连夜主持会议研究，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。这让赫鲁晓夫非常感动。
鉴于赫鲁晓夫在政治上有求于中国，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。此次苏方反应异常迅速，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。据新近解密的苏联档案记载，赫鲁晓夫当时不顾军方坚决反对，力排各方阻挠，毅然决定向中国提供原子弹样品和生产技术，以及帮助中国建立核工厂。