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Cheng retourne en Chine en 1950. Il est alors professeur agrégé à l'université de Zhejiang, avant d'enseigner ensuite dans celle de Nankin.
Il a été un pionnier de la technologie nucléaire chinoise et a joué un rôle important dans le développement de la première bombe atomique chinoise. Il a d'abord calculé la température intérieure et la pression nécessaire à l'explosion d'une bombe nucléaire. Son calcul était une tâche extrêmement lourde et presque manuelle, du fait qu'à cette époque la Chine ne disposait pas d'ordinateur ou même de calculatrice. Il a également résolu le mécanisme de l'explosion intérieure, ce qui pourrait soutenir la conception de la bombe. Il a été par la suite directeur en chef de nombreux essais nucléaires et de leurs processus d'explosion[réf. nécessaire].
Cheng a été élu à l'Académie chinoise des sciences. Il était aussi un membre permanent du Comité Science et technologie de la Société nationale chinoise de l'industrie nucléaire. Il a par ailleurs été vice-président et directeur en chef adjoint de l'Institut de recherche sur les armes nucléaires[2].