1960年，苏联撕毁协议，撤走专家。原子弹的"心脏"——分离膜，也断了供应。

分离膜是分离铀235和铀238的关键部件。铀235只占天然铀的0.7%，两种同位素原子量只差1.3%，比双胞胎还难分辨。美、苏、英三国都把分离膜列为国家绝密。苏联人甚至说：这是"社会主义阵营安全的心脏"。

有人扬言：没有苏联的分离膜，中国的浓缩铀工厂就是一堆废铜烂铁。

1961年春节后，60多名专家在上海冶金所组成第10研究室，对外称"7支部"。吴自良被任命为室主任、技术总负责人。

他放下筹备已久的研究项目，带领团队日夜攻关。整整三年，他几乎没离开过实验室，每天工作十多个小时。三年里，他没休过一个节假日。

那时正值国家困难时期。他和同事们住集体宿舍，吃大食堂，几天难见荤腥。

1963年底，甲种分离膜研制成功。性能超过苏联元件，造价仅为原来估算黄金价格的1%。

中国成为世界上第四个独立掌握浓缩铀生产技术的国家。

1964年10月16日，原子弹爆炸成功。吴自良从报纸上看到消息，激动得整夜没睡。

他在回忆录里把自己称为"链条人"："原子弹爆炸成功，举国欢腾。我终于松了一口气，总算完成了'链条'人光荣的使命。"

他还说过一句话，在研究所里广为流传："我们搞国防的要有'竖着进去横着出来'的决心，把一生都贡献给国防建设事业。"

1999年，吴自良被追授"两弹一星"功勋奖章。他把奖章捐给研究所，说："荣誉是大家的，不是我一个人的。我只是个代表人物。"

晚年，他给老伴买了只蝈蝈。老伴打趣："你不是原子弹都研究过吗？蝈蝈为什么不叫，你给研究研究。"他认真观察了几天，得出的结论是：一天喂一颗毛豆太少，三颗太多，两颗正好。

2008年5月24日，吴自良在上海病逝。