1958年10月，杨嘉墀参加了以中国科学院地球物理所所长赵九章为团长的“中国科学院高空大气物理代表团”，赴苏联考察空间科学技术。12月回国后，他和其他团员根据当时我国国情向中国科学院提出从研制探空火箭起步发展我国空间技术的建议。这一建议得到了采纳，使我国60年代初期的探空火箭发射取得了可喜的成果。

　　为了配合国防建设，从1959年开始，杨嘉墀在中国科学院自动化研究所组织力量开展了自动化检测的研究工作。用于火箭发动机和风洞试验的测量设备与工业控制仪表不同，它们大都要求在苛刻的环境条件下工作并且要求有较高的动态性能。杨嘉墀重视仪器的动态分析、标定设备和测试系统的综合研究。在他的领导下研制成功用于发动机试车的高温压力计、涡轮流量计、晶体加速度计和火焰温度计等仪表。

　　1960年，国防部第五研究院向中国科学院自动化研究所提出研制热应力加热加载测试系统的任务(即“151任务”)。所里指定杨嘉墀负责总体设计，组建了一个总体室，和其它研究室协同工作。参加总体工作的还有使用部门的科技人员。该系统包括三个分系统，即加热分系统、加载分系统和测量及数据处理分系统。经过充分论证，他提出了程控前馈加热方案、程控液压加载方案和以半导体晶体管模数转换器为基础的数据处理系统。在当时国内条件下，开展这项工作要克服很多元部件方面的困难。系统中采用的热流计、高温应变片、石英灯管、液压伺服阀和程控计算机等部件都是通过所内外有关单位协作研制成的。整个系统的试验样机于1963年通过了国防部第五研究院组织的鉴定，圆满地完成了研制任务。

　　1962年杨嘉墀参与我国十年科学技术发展规划的制订工作，提出了以控制计算机为中心的工业自动化试点项目，参与制定了兰州炼油厂、兰州化工厂和上海南市发电厂等单位的自动化方案工作。这项工作推动了我国电子计算机在过程控制中的应用，使我国工业过程控制进入了一个新的阶段。

　　1963年初，国防科委向中国科学院自动化研究所下达研制核爆炸试验用测试仪器的任务(即“21号任务”)，内容包括火球温度测量仪、冲击波压力测量仪和现场地面振动测量仪等，杨嘉墀负责技术抓总工作。他提出了采用反馈式光电倍增管线路的大量程温度计方案和采用变磁阻式压力传感器的方案。他和参加这项工作的科技人员一起加班加点，1964年3月完成了研制工作，为1964年10月我国第一次原子弹试验以及后来1965年和1966年的两次原子弹试验的顺利进行作出了重要贡献。这项成果于1986年获国家科技进步特等奖项目“原子弹和氢弹的突破及其武器化”的一个分项“核爆检测技术和设备”。

　　1965年杨嘉墀参与了中国科学院“关于发展我国人造卫星工作的规划方案”的论证工作，多次组织院内外单位进行技术论证。他还参与了最后文件的起草工作。在中央专门委员会原则批准后，杨嘉墀作为总体组的成员参与了我国第一颗人造卫星《东方红一号》的总体方案论证，并在中国科学院自动化研究所领导下组建了一个姿态测量和控制研究室和一个地面测控用数据处理设备研究室。

　　文革时期

　　1966年“文化大革命”开始后，杨嘉墀被停止了一切行政职务，但他不屈不挠，在可能的条件下坚持工作。文化大革命”中的杨嘉墀，白天要写检讨，只有到了晚上，他才能悄悄地到实验室工作。

　　1968年，被下放到单位食堂劳动的杨嘉墀曾经临时参加了一项特殊的工作：为在爆炸事故中受重伤的北京礼花厂女职工王世芬制造假肢。杨嘉墀研制的利用人体神经信号控制的假肢，技术含量很高，不仅方便了王世芬，还远销到海外市场。王世芬说：当年有人告诉我，给我研制假肢的有一位是搞国防建设的科学家，三十多年来，这只假手为我做了不少的事情，为此我很感谢他，祝他老人家健康长寿。

　　在我国返回式卫星姿态控制系统方案论证和技术设计中，他提出了一系列先进可行的设计思想。他坚持上天前充分进行地面仿真试验的必要性，他不分白昼黑夜参加各种大型试验，使该系统在1975年顺利完成了我国第一颗返回式卫星的飞行试验，为我国空间技术作出了重大贡献。1976年“文化大革命”结束后，他多次出国参加学术会议，并组织在中国举办国际学术会议。他积极邀请国际著名学者来华讲学，为在自动化和航天技术领域开展国际学术交流做了许多卓有成效的工作。

　　1968年，被下放到单位食堂劳动的杨嘉墀曾经临时参加了一项特殊的工作：为在爆炸事故中受重伤的北京礼花厂女职工王世芬制造假肢。杨嘉墀研制的利用人体神经信号控制的假肢，技术含量很高，不仅方便了王世芬，还远销到海外市场。王世芬说：当年有人告诉我，给我研制假肢的有一位是搞国防建设的科学家，三十多年来，这只假手为我做了不少的事情，为此我很感谢他，祝他老人家健康长寿。

　　1975年11月26日，我国第一颗返回式卫星“太空游子”由“长征二号”运载火箭发射升空。当时世界上只有美国、苏联掌握卫星收回技术。杨嘉墀主持研制的卫星姿态控制系统将决定这颗卫星能否成功返回。当卫星运行到第七圈时，突然出现了问题：因为气压下降过快，卫星会因氮气耗尽而提前返回。当时被誉为“新中国火箭之父”的钱学森紧急召集杨嘉墀等近十名专家分析现状，研究对策，多数专家认为，在这种情况下“太空游子”运行三天后返回是不可能的，大家主张早些收回卫星，但是，如果招回仅运行了一天的卫星，那么落点将会改变到人口密集的河南西部，这又势必带来严重的损失。当时中央下达的硬指标是，不管飞行几天，卫星顺利发出去，又顺利收回来就算成功。平素沉默寡言的杨嘉墀语出惊人，经他测算，卫星运行三天后收回没有什么问题。一向决策有度的钱学森依据杨嘉墀的判断果断拍板：向中央报告，卫星按原计划三天后返回。