实际上，这时的张宪义已经成为了一名“通美间谍”。从张宪义提供的情报。
1970年，台湾向美国此案够了核能发电厂，与此同时，研制核武器方案的“桃园计划”也秘密启动。
1978年，台湾一个研究机构的科学家一直致力于研究激光铀浓缩技术，而这项技术显然能够运用于武器。同时，台湾省内也培养不少这方面的人才。张宪义便是其中一位。
1976年，蒋经国向美国方面作出了不会发展核废料再处理设施的保证。然而，1977年，便有检查人员发现台湾违反安全防护规定，试图把台湾研究用反应器的核废料拿到设施外去使用。
上世纪六十年代末，台湾制定了核武器发展计划，并正式展开。当时，刚刚从陆军理工学院毕业的张宪义被安排到了筹备处工作，开始了核武器研制工作。
1976年，张宪义学成归来，再次被安排到了核研究所。此时的台湾在核武器研究方面已经取得了不少成果。
而且，在蒋经国多次假意作出不开展核武器研究的保证后，台湾仍然在积极研制，并加快了进度，唯一作出改变的便是提高了保密程度。
1984年，张宪义升任核研究所副所长，并晋升为大校军衔。同样也是在这一年，他被美国吸收为“间谍”，开始向美方提供台湾在核武器研发方面的内容、进度等。同时，他也从谈话中获取美国的态度。
由于发展核武并非一朝一夕能成之事，著名物理学家吴大猷也持反对态度。但他向蒋介石建议可以借发展电力的名义从美国购买核原料，日后再作打算。
1964年，中国大陆研制的第一颗原子弹爆炸成功，对岸的台湾省因此对开展核武器研制的兴趣极大增加。
1969年，张宪义被送往美国留学，攻读有关核工程方面的学位，并成功获得了田纳西大学的核工程博士学位。