12 августа 1953 года Советский Союз провел успешное испытание своей первой водородной бомбы. В том же году Сахаров защищает докторскую диссертацию, становится самым молодым в истории Академии наук СССР действительным членом и награждается звездой Героя Социалистического Труда и Сталинской премией. «Этот человек сделал для обороны нашей родины больше, чем мы все, присутствующие здесь» – так отозвался об Андрее Сахарове представлявший его на собрании физико-математического отделения АН СССР академик И. В. Курчатов. В 1955 году успешное испытание новой, более мощной водородной бомбы принесло Сахарову вторую медаль Героя Соцтруда и Ленинскую премию. Его последней наградой от советского правительства стала третья медаль Героя, полученная за самый мощный термоядерный взрыв в истории планеты – испытание 50-мегатонной водородной бомбы на Новой Земле 30 октября 1961 года.
Будучи непосредственным участником советской ядерной программы, академик Сахаров не понаслышке знал, какими последствиями чревата любая ошибка, любой сбой в этой сфере. Да и не в ошибках было дело: понемногу он начинал понимать, какому режиму собственными руками создавал смертоносное оружие. Беспокойство появилось уже в 1953 году, когда Андрей Сахаров стал свидетелем массового выселения тысяч людей из окрестностей испытательного полигона, и усилилось после первого испытания бомбы. На праздничном банкете Андрей Дмитриевич поднял бокал за то, «чтобы бомбы взрывались лишь над полигонами, и никогда над городами», после чего прервавший его на полуслове маршал Неделин резко заметил, что, мол, не дело ученых встревать в дела политического руководства.
Первые страницы общественной деятельности академика Сахарова относятся именно к 50-м годам, когда он еще работал в режиме сверхсекретности над усовершенствованием водородной бомбы. Уже в это время возникает его первый конфликт с высшим руководством СССР – председателем Совета министров Никитой Хрущевым и министром среднего машиностроения Ефимом Славским. Хрущеву Андрей Дмитриевич писал о недопустимости планируемого урезания средств на образование, а главное – о необходимости отказаться от ядерных испытаний, которые лишь подгоняют гонку вооружений и интенсифицируют «холодную войну». Тогда же, в 1958 году, Андрей Дмитриевич публикует две статьи, в которых подробно рассказывает об опасности ядерных испытаний для здоровья людей, об их негативном влиянии на наследственность и среднюю продолжительность жизни. На первый план для Сахарова выходят проблемы экологии и защиты окружающей среды, которые будут оставаться для него важнейшими до конца жизни. Андрей Сахаров известил советское руководство о том, что каждый мегатонный ядерный взрыв приводит к десяти тысячам случаев онкологических заболеваний. Ответом советской власти на озабоченность действительного члена АН СССР стал, как уже говорилось, взрыв 50-мегатонной водородной бомбы. Гигантский клубящийся гриб, выросший на 67 км, был виден, несмотря на сильную облачность, на тысячекилометровом расстоянии. В поселке, находившемся в 400 км от эпицентра взрыва, были разрушены все дома. «Я не мог ничего поделать с тем, что считал неправильным и ненужным. У меня было ужасное чувство бессилия. После этого я стал другим человеком» – так скажет Сахаров о том моменте своей жизни. После проведения третьего испытания конфликт между ним и властью достиг особой остроты, и все же во многом именно авторитет Сахарова и его давление на власть заставили советское руководство подписать Московский договор 1963 года, запретивший ядерные испытания в трех сферах (атмосфере, воде и космосе).