1954 – Руководил пуском первой в мире атомной электростанции в г. Обнинске. Присвоено третье звание Героя Социалистического Труда (4 января 1954 года).
1954 г. – Совет Министров СССР утверждает программу развития атомной энергетики.
1955 – Участвовал в Первой Международной конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве. Провёл Всесоюзное совещание по управляемым термоядерным реакциям.
1956 – Делегат XX съезда КПСС. В составе советской правительственной делегации посетил Англию; выступил в Харуэлльском атомном центре с докладами о проблеме управляемых термоядерных реакций и развитии атомной энергетики в СССР. Призвал ученых к международному научному сотрудничеству.
1956–1957 – Сумел убедить руководство страны в перспективности и осуществимости энергогенерации на атомных электростанциях. По инициативе И.В. Курчатова начато сооружение Белоярской и Нововоронежской АЭС.
1956, 26 июля – Начаты работы по строительству в Ташкенте реактора ВВР-С и организации Института ядерной физики при АН УзССР. Пуск реактора был осуществлен в 1959 году.
1956, 24 августа – Начаты работы по строительству реактора ИРТ в Тбилиси. Пуск состоялся в октябре 1959 года.
1957 – Развернуты работы по строительству реактора ВВР-Ц в Алма-Ате и организации Института ядерной физики при АН КазССР.
1957 – Начаты работы по строительству реактора ИРТ в Минске, пущенного в 1962 году.
1957 – Присуждена Ленинская премия № 1 в области науки и техники.
1957, 30 декабря – Предлагает программу развития термоядерных исследований в СССР. По его предложению в ИАЭ начато строительство «Огры» и токамака.
1957 – Готовит делегацию в Женеву для переговоров о запрещении испытаний атомного и водородного оружия.
1958 – Под председательством И.В. Курчатова и с участием руководителей Совета Министров СССР и ряда министерств в ИАЭ проведено выездное заседание НТС ведомства по развитию атомной энергетики в СССР.
1958 – Вместе с И.Е. Таммом организует регулярно работающий биологический семинар, привлекает генетиков для изучения влияния ионизирующих излучений на наследственность и здоровье человека и живых организмов.
1958 – Создает в ИАЭ радиобиологический отдел, в котором развивает исследования по генетике и воздействию ионизирующих излучений на наследственность.
1958, апрель – Начаты работы по строительству реактора ИРТ в г. Риге. Пуск реактора был осуществлен в 1961 году.