Андрей Сахаров прекрасно понимал, что, идя на полный разрыв с советской властью, оставляет в прошлом спокойную и безбедную жизнь физика-ядерщика и вступает на тернистый путь борца с тоталитарным режимом. Последующие годы жизни Андрея Дмитриевича вплоть до ее конца ознаменовались преследованием, репрессиями, гонениями и травлей со стороны коммунистического руководства. В 1970 году вместе с известными диссидентами Чалидзе, Твердохлебовым, Шафаревичем и Подъяпольским Сахаров создает Комитет прав человека. «С 1970 года защита прав человека, защита людей, ставших жертвой политической расправы, выходит для меня на первый план» – так объяснил Андрей Дмитриевич свою инициативу. Наука действительно отошла для него на второй план – все свое существование академик Сахаров посвятил защите тысяч живущих и памяти миллионов погибших, репрессированных советским режимом людей. Уже весной 1971 года Сахаров пишет новое письмо Брежневу, в котором требует у генсека объявить общую амнистию политическим заключенным, прекратить использование психиатрии в целях борьбы с диссидентами (как раз в 1971 году об этом приеме советского режима миру рассказал Владимир Буковский), ввести свободу печати и свободу выезда из СССР, реабилитировать репрессированные народы, начать ядерное разоружение и провести альтернативные, а не бутафорские выборы в Верховный Совет. Одновременно с этим сам Сахаров не пропускал ни одного политического процесса, ездил в места ссылок, бесконечно писал письма в советские и международные организации, проводил голодовки, устраивал, несмотря на запреты КГБ и Генеральной прокуратуры, пресс-конференции, активно общался с западными журналистами. Помогал всем, чем мог, в том числе и деньгами: в 1969 году все свои сбережения он отдал на строительство Онкологического центра и на помощь Красному Кресту, а на полученную им в 1974 году Международную премию «Чино дель Дука» (25 тыс. долларов) вместе со своей новой супругой, правозащитницей Еленой Боннэр, создал Фонд помощи детям политзаключенных. Судебные процессы над диссидентами подразумевались как закрытые, но Сахарову удавалось их посещать. «Он являлся на наши суды при всех своих орденах и медалях и говорил милиционерам, что он – академик Сахаров, всемирно известный ученый, – вспоминает с улыбкой Владимир Буковский. – И они робели, не осмеливались его не пропускать. Да у него наград было больше, чем у Брежнева!» Правда, потом компартия и КГБ все же распространили специальное распоряжение: Сахарова А.Д. на судебные процессы не пропускать. На процесс самого Буковского в 1972 году Андрея Дмитриевича не пустили – так и простоял все два часа под дверью.
В 1975 году в Западной Германии вышла в свет книга Андрея Дмитриевича «О стране и о мире». В ней Сахаров привлек внимание западной общественности к опасности получающей широкое распространение среди европейской молодежи «левой моды», «леволиберальных» настроений, сочувствия СССР. По его мнению, это грозило потерей единства Запада перед лицом тоталитаризма и сползанием его самого к «госкапиталистическому тоталитарному социализму», что не менее опасно. Напомнил академик Сахаров и слова Белинкова, сказавшего как-то, что «социализм – это такая штука, которую легко попробовать, да трудно выплюнуть». От советского же руководства Андрей Дмитриевич в очередной раз потребовал предоставления гражданских свобод, полной амнистии политзаключенных, перехода к многопартийной системе, предоставления республикам права на добровольный выход из СССР. Впервые прозвучали и экономические требования: «денационализация всех видов экономической и социальной деятельности», «деколлективизация в сельском хозяйстве» и свободный обмен рублей на иностранную валюту.
В том же, 1975 году Андрей Дмитриевич Сахаров стал первым советским гражданином, получившим Нобелевскую премию мира (по иронии судьбы, вторым спустя пятнадцать лет станет генсек ЦК КПСС). Нобелевский комитет пояснил, что премия присуждается академику Сахарову за его «бесстрашную поддержку фундаментальных принципов мира между людьми» и «мужественную борьбу со злоупотреблением властью и любыми формами подавления человеческого достоинства». Советские власти не выпустили Андрея Дмитриевича из страны: вместо него получать премию в Осло полетела Елена Боннэр, зачитавшая написанную Сахаровым Нобелевскую лекцию «Мир, прогресс и права человека». Главное место в лекции занимало поименное перечисление 126 узников совести в СССР (в их числе Буковского, Марченко, Плюща, Мороза, Глузмана, Хаустова, Ковалева, Твердохлебова, Любарского) – и это, как подчеркнул Сахаров, была лишь крохотная часть тех, кто страдал за свои убеждения в Советском Союзе. «Я прошу вас считать, что все узники совести, все политзаключенные моей страны разделяют со мной честь Нобелевской премии мира», – подчеркнул Андрей Дмитриевич в своей лекции.