1956年，由陈毅举荐，42岁的张劲夫出任中国科学院党组书记、副院长。正院长是郭沫若，但郭沫若同时还身兼国家领导工作，外事活动繁忙，常常脱不开身，所以便派张劲夫来主持日常工作。事实上，当时的副院长可不止一个，像李四光、竺可桢、吴有训等，都是副院长，而且个个都是科学泰斗。在他们面前，张劲夫不单排名靠后，而且还是典型的外行。但是这一点儿也不影响张劲夫作为掌权者的地位。那几位副院长名义上属于领导层，但其实并不在决策圈内，真正的决策权在党组手中。
不过张劲夫人很低调，赴任之初，他就向科学家们坦白交待：“我不懂科学，我是来当学生，向大家学习的。”“我们的底子差，只有靠大家，才能做好向科学进军的工作”“科学家是我们的国宝，而我是杂家，专起上传下达和联络的作用。”
因为是领导，张劲夫免不了要作报告，但他和很多领导不一样，他不打官腔，不讲套话，常常脱稿发言。有一次，他讲着讲着，挽起了袖子，提高了音量说：“我这个副院长，就是给你们做后勤工作的，我要让中科院变成清净的科研园地，让你们安安心心地搞科学研究，只要你们能出成果，我给你们拎包都可以。”
1957年，原本鼓励畅所欲言，放言无忌，后来却突然转向，揪斗右派。张劲夫一看势火不对，要整人害人，他不愿出现这种局面。他希望保护好科学家们的积极性，不让他们受伤害。他要去争取一个保护科学家们的政策，这个政策只有经过毛泽东批准才能实施，他翻来覆去想了几天，最后鼓起勇气进了中南海。他大着胆子说：“主席啊，我来向你请示，你不是让我们向科学进军吗？向科学进军要靠科学家，中国现在科学家很少。物以稀为贵，老科学家都是宝贝，因此，我的意见是要采取保护政策。不然向科学进军，12年规划就很难实现。”
毛泽东最初一听很吃惊：“你张劲夫胆子大呢！”但转念一想：“对哇！有道理。物以稀为贵，是这样的嘛！”毛泽东让张劲夫到书记处谈。当时书记处的总书记是邓小平，张劲夫从他那儿争取到了一个文件，这个文件划清了几个划右派的界限：例如，规定日内瓦会议后回国的科学家不参加运动，其中包括钱学森等好几百人。
张劲夫说，这些人刚刚从国外回来，国内什么情况也不了解，你怎么能让他参加反右派呀？科学家的政治问题与思想问题要分开，一时分不清的，允许作为思想问题对待。还有方式方法问题，有一些老科学家自尊心强得很，你要他参加批评会、斗争会，他吃不消的，有的还可能自杀。所以对他们平常讲的一些不同意见，谈谈话就算了。个别谈，不参加会，谈而不斗，谈而不批。
起初，中科院院属京外单位的运动，是由地方党委领导的，在新下发的文件中，明确规定中科院院属单位的科学家，划“右派”必须事先经院党组同意。有个典型例子，沈阳金属所的研究员葛庭燧，搞金属内耗研究的。当时，沈阳金属所党委向沈阳市委汇报了他的很多言论，要定他为“右派”。张劲夫听说后，立即坐飞机赶往沈阳制止。张劲夫与市委负责同志讲：“最上面有文件的，科学院直属研究所的科学家我要负责，我们科学院不同意给他划右派。”在他的据理力争下，葛庭燧躲过一关。正是得益于张劲夫的力保，整个反右，科学院没有一个科学家被划为右派。
有人对比了一下，运动期间，民盟有个“科学规划问题”小组，其成员是曾昭抡（右派）、华罗庚、童第周、钱伟长（右派）等科学家，他们在《光明日报》发表了《对于有关我国科学体制问题的几点意见》，提出保证科学家应有六分之五的时间从事研究，可以自己选择助手等五条建议，批评保密制度过严，结果被郭沫若批判为“一个反党反社会主义的科学纲领”。运动后期定性，属于教育系统的曾昭抡、钱伟长被划为右派，而隶属中科院的华罗庚、童第周却基本安然无恙，童第周甚至在1957年还被任命为中科院海洋生物研究所所长。
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