1956年年底，二机部部长宋任穷请王承书同志去搞铀同位素分离工作。这在当时的中国是一个空白。接受，意味着放弃自己熟悉的热力学及统计物理学专业，去开创一个新领域，这对于已届不惑之年的女性来说，决非易事;不接受，这块空白总需有人去填补，谁干都得转行。同别人比较，王承书觉得自己转行对科研的影响最小。她后来回忆说:“有人说中国穷，搞科研没条件，其实我们回来时何尝不知道，那时条件比想像中更差。但我们是中国人，祖国还处在百废待兴的时候，我不能等别人来创造条件，我要亲自加人创造条件、铺平道路的行列。” 从此，王承书的名字与中国原子能事业密切联系在一起。
她告别了曾付出巨大努力才进人的统计物理学领域，开始了新的跋涉。 1958年，处于北京郊区的原子能研究所建立起热核聚变研究室，由王承书、钱皋韵、李整武等人担负技术工作。她负责理论部分，致力于等离子体物理和磁流体力学的研究。这在当时的中国，是一项填补空白的工作。从此，她开始了长达 20年的集体生活，一日三餐吃在食堂，睡在集体宿舍，每天工作10多个小时，利用一切可以利用的时间。1959年，她又去前苏联学习了几个月。回国时，得到一本介绍美国受控热核聚变工作计划的书。在火车上度过的七天七夜，王承书同火车轮子一样日夜不息，将这本资料翻译出来，回国后又翻译了《热核聚变导论》。
她不仅弄清了世界上热核聚变的理论基础、方法和现状，还参与了我国最初三个等离子体实验装置的设计和建造工作。在王承书的指导和带领下，我国第一批热核领域理论人才迅速成长，大多数人已成为我国热核聚变的科研骨干。 1961年春天的一天，王承书被钱三强先生请到办公室。 “你愿不愿意隐姓埋名一辈子，去搞气体扩散?”钱先生严肃地问。 “我愿意。”王承书毫不迟疑。对祖国需要她从零开始，她从不讲条件。 王承书悄然地从物理学界消失。在每个星期一清晨，许多人看到中关村路边有一位清瘦的中年妇女在等班车。