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 이런 과정을 거치면서 박정희는 북한의 우세한 군사력에 맞서 나라를 지켜야 한다는 일념에서 핵개발을 시도했다. 즉 핵개발을 통해 궁극적인 자주국방을 구현하고자 했다. 박정희의 핵개발은 1972년 착수되어 공식적으로는 1977년에 중단되었지만 사실상 1979년 10월 26일 서거 직전까지 이어진 것으로 보인다. 닉슨 독트린과 미 제7사단의 철수는 한국의 핵개발을 부추긴 직접적 요인이었고, 1973년 미군의 베트남 철수 및 이후 베트남의 공산화는 박정희 대통령으로 하여금 동맹에 대한 신뢰를 잃게 하고 핵개발 의지를 더욱 불타게 만들었다. 
 박정희는 대대적인 과학육성 정책과 함께 한국과학기술연구소(KIST), 국방과학연구소 등 국내 연구기관들을 동원해 핵무기 기술을 확보하기 위한 극비 프로젝트를 가동했고, 플루토늄 획득을 위한 핵연료 재처리 기술을 확보하기 위해 비밀스럽게 국내 연구 역량을 취합했다. 박정희는 핵개발과 함께 추진체로서 미사일도 함께 개발했다. 그는 또한 국방과학연구소에 “1976년 말까지 장거리 지대지 미사일을 개발하라”는 비밀 명령을 내렸다. 겨우 소총을 만들기 시작한 국방과학연구소는 비상이 걸렸고, 허둥지둥 재미(在美) 과학자들을 합류시키고 해외두뇌 유치에도 나섰다. 
 미사일 기술을 배우기 위해 미국 맥도널더글러스사(社)와도 교섭을 했다. 이런 광경을 지켜본 미국 정부는 한국의 미사일 개발을 허락하되 사정거리가 180km가 넘지 않아야 한다고 요구했다. 한국 정부는 사정거리는 나중에 늘리면 된다는 생각으로 합의해 주었다. 이것이 두고두고 한국의 미사일 주권을 제약해 온 한미미사일 각서이다. 2012년 이명박 정부에 이르러 한국은 사정거리 800km를 확보했지만, 한국의 미사일 개발과 우주 개발에 대한 제약은 아직도 완전히 풀리지 않았다.

박정희가 서거 직전까지 이어나간 핵 개발은 북한의 우세한 군사력에 맞서 나라를 지켜야 한다는 일념에서 시도한 것으로 핵 개발을 통해 궁극적인 자주국방을 구현하고자 했다.