1952年8月，政务院机构进行调整，成立第二机械工业部，统一管理包括兵工、航空、电子、坦克工业在内的常规国防工业。以兵工总局为主体组成二机部第二局，刘鼎被任命为副部长兼二局局长仍主管兵工；当时抗美援朝战争正紧张地进行，他更是夜以继日地指挥战备生产。
12月下旬，刘鼎突然遭到撤职查办处分。
12月25日，刘鼎接到政务院监察委员会主任刘景范的电话，说有重要事情和他谈。他乘车前往，不到半小时就回到办公室对秘书说：“我被撤职查办了，你整理一下文件，准备移交。”
12月27日和29日，用了两个下午的时间，中共二机部机关党委召开了座谈会，座谈对刘鼎所犯错误的认识。监察委员会鲁厅长到会传达了中央关于给刘鼎撤职查办处分的通知，主要原因是“对抗美援朝任务不负责任”,“在执行兵工建设方针中表现有严重的消极思想，妨碍了兵工建设”,“军品质量问题”,以及官僚主义问题等，总之“问题很多，相当严重。”
参加座谈者多为与刘鼎共事多年的司局级干部，他们从不同的角度、不同的历史时期谈了自己对刘鼎的看法，主要还是一些一般的缺点与错误。
12月28日，在中共二机部机关全体党员大会上，人事司长樊中黎向机关干部传达了中央对刘鼎撤职查办处分的通知，内容与鲁厅长传达的基本一样。那时，机关中传说：原来的决定更为严重，叫做“贻误军机，撤职查办”,正式传达时，“贻误军机”四个字不见了。
自从接到刘景范的通知后，刘鼎在家中闭门思过达八个月之久。关于他“犯错误”的问题，没有任何领导找他谈过话。
曾任重工业部代部长的何长工对此也难以理解，他曾向有关方面提出异议，并表示：“我是重工业部主要负责人，要处分应首先处分我。”
1953年4月6日，中央纪律检查委员会发出了《关于刘鼎同志所犯错误的处分决定》,给予刘鼎撤销副部长职务、留党察看两年，工资由7级降为11级的处分；4月16日，政务院发出了《关于第二机械工业部副部长刘鼎同志所犯错误的通报》。
两个文件的主要内容与先前口头传达的相同。
1953年是新中国成立后开始进行大规模经济建设、即第一个五年计划的第一年，也是兵器工业提前建设全面展开的一年。
兵工的建设规模甚大，包括三个方面：
一是试制生产制式兵器18种和几十种配套的弹药；
二是38个老厂的改扩建；
三是18个新兵工厂的基本建设(占全国156项重点建设的11.5%)。
这样大规模的试制、生产和基本建设，都是刘鼎参与规划和组织，并经中共中央批准后付诸实施的。但这一年他却因“犯错误”而只能在家中默默地度过，他的心情可想而知。
1953年秋，在中共中央对刘鼎作出处分决定后，中共二机部党组副书记张霖之找刘鼎谈过两次话，要他以部工程师的名誉出来工作，勉励他改正错误，大胆负责。但以后在实际待遇上，部、局、研究所和工厂的职工均按部总工程师待之。
忍辱负重，深入基层(1954～1957)
1954年，刘鼎恢复工作。他不计较个人得失，仍一如既往、全身心地投入到军工建设事业上。“无官一身轻”,从全面领导岗位转为科技工作，更有利于发挥他的夙愿。
首先，他集中精力，投身到新产品试制中去。为了掌握第一手资料，他不辞辛苦，连续到38个正在改扩建的老厂，了解新产品试制的进展情况。这些工厂有些他曾经去过，但也有不少工厂他是第一次去。
如黑龙江省的123厂、127厂等是重点改扩建项目，也是担负重型火炮和大口径炮弹试制的工厂。127厂正在试制仿苏122毫米榴弹炮，123厂则试制与之配套的122毫米榴弹和破甲弹，这在中国兵工历史上是从来没有生产过的重型产品。他深入到车间、班组，与技术人员和老工人共同研究解决试制中的疑难问题。工厂的领导大部分是老兵工，对他都十分尊重；技术人员和老工人们对他非常欢迎，都愿意听取他的意见，和他一起探讨技术问题。
127厂在1954年10月试制定型了122毫米榴弹炮，毛泽东在10月25日给工厂去信嘉勉，信中指出：这对于建立我国的国防工业和增强国防力量都是一个良好的开端。这对刘鼎也是一个很大的鼓舞。
沈阳五三工厂是全国闻名的模范工厂，他到该厂蹲点，正值工厂进行生产技术改造、试制新型枪弹之时，他和工厂领导、技术人员以及老工人们研究技术改造方案，经过多次试验，终于实现了枪弹生产的联动化，大大提高了自动化程度，使枪弹生产由年产3000万发提高到5亿发。
刘鼎到重庆时，296厂、456厂这两个国民党统治时期最大的兵工厂，正在试制仿苏自动步枪和重机枪，为了使试制工作有计划、有步骤地展开，既要保证产品质量，又要提高工作效率，他们在“平行作业法”的基础上，进一步总结出“六试六定”的试制经验。
从直接关系到产品质量的机器、刀具、夹具、样板、材料、操作等六个方面，在纵向上从投料到加工成型，在横向上从部件到总装，采取“边试边定、六试六定、纵横定型”的程序，按工序逐道逐项地试制定型。这一先进的经验，体现了“一步一个脚印”的踏实作风和一丝不苟的工作精神。刘鼎对此给予表扬，并建议在全部范围内加以推广。通过对工厂大规模的技术改造与新产品的试制定型，296厂成为一个年产60万支步枪的大型工厂。
从1954年到1957年，刘鼎把全部精力扑在新产品的试制工作上。他几乎走遍了所有承担制式武器弹药试制任务的兵工厂。
1955年下半年，留党察看两年期满，刘鼎被任命为二机部部长助理，1957年恢复副部长职务，仍然分管兵器工业。
军民结合结硕果(1957～1962)
1956年，兵器工业军品制式化的任务已大部分完成，第一个五年计划规定的工业总产值提前一年零四个月达标，兵工生产能力开始出现富余。
毛泽东在听取二机部部长赵尔陆汇报时指出：军事工业要学会两套本领，既能生产军品，又能生产民品。1957年3月，二机部召开企业领导干部会议，制定了“军民结合、平战结合、以军为主，寓军于民”的方针，规划和部署了民品生产的方向、步骤和措施，号召广大职工学会两套本领，为国民经济的发展作出贡献。
同年4月，二机部成立民品办公室，由刘鼎分工领导，并颁发了《在和平时期发挥国防工业的生产能力，组织生产民用产品的办法》。兵器工业的民品生产发展迅速，到1957年底已初具规模，民品产值达到1.39亿元，占兵器工业总产值的19%。
1958年3月，国务院调整机构，将一机部、二机部和电机部合并为一机部，刘鼎被任命为副部长，分工管兵器工业及民品生产。
他认真贯彻执行军民结合的方针，多方面考虑如何发挥兵器工业在技术和设备上的优势，为发展国民经济服务。刘鼎以其广博的知识和对全国重工业情况的了解，深入各兵工企业，指导并帮助工厂选择国家急需、又是社会上短线、缺门的民用产品。
兵器工业由于先于其他工业开始有计划的经济建设，又是第一个五年计划建设的重点行业，技术基础比较雄厚，有一批能工巧匠。因此，许多兵工厂生产的民用产品填补了当时全国机械工业的空白。如247厂生产的薄板轧钢机、497厂生产的无砧座锻锤，都属于那时的空白产品。
中国人口众多，1958年已达7亿多，要解决这么多人的吃饭问题始终是国家的重大难题。唯一的办法是把农业生产搞上去，因而急需发展化肥生产。当时中国的化肥工业只有大连和南京的两座化肥厂，远远满足不了需要。
进口化肥需要大量外汇，国家外汇短缺，有困难；进口生产化肥的成套设备，一是需要更多的外汇，二是还要受制于人。时任化工部化肥局局长的秦仲达找到刘鼎，希望军工部门能够帮助制造化肥成套设备中的关键设备大型气体压缩机。
刘鼎经过仔细分析，认为127厂和724厂有可能接受此项任务，于是介绍化肥局前往这两个厂直接联系。其实，两个厂并没有能力加工大型气体压缩机机座的特大型机床，但它们拥有经验丰富的技术人员和老工人，经过工厂的认真研究，他们以“蚂蚁啃骨头”的精神，用小机床加工出大设备，分别试制成功1r266型和2r266型两种，一直依靠进口的大型气体压缩机，解决了国家的急需，受到刘鼎的高度赞扬和化工部的热烈欢迎。
直到1992年，笔者到吉林化学工业公司和南京化学工业公司的化肥厂参观，还发现这两个兵工厂生产的大型气体压缩机共十几台仍在正常运转。
为了加速国民经济的发展，打破国外的封锁，提供冶金、机械、化工、电力和国防等工业部门所急需的特大型锻件，1958年5月，根据富拉尔基重型机器厂(简称一重)的设备规模和技术条件，经国家批准，一机部决定在一重增装万吨级锻造水压机。
水压机的制造任务，一机部党组委托刘鼎组织领导，以沈阳重机厂和一重为主，负责设计制造，并组织全国大协作，包括东北的大型兵工厂。与此同时，以上海江南造船厂为主，由沈鸿担任总设计师，组织领导另一台万吨级锻造水压机的制造，在各种媒体上曾作过广泛的宣传报道；而刘鼎组织领导制造的这一台更为正规的巨型水压机却从未作过只字报道。
当时世界上发达国家所拥有的万吨级巨型水压机也并不多，而中国却同时制造两台，这确实是一曲自力更生的凯歌，不仅在中国是一件大事，在世界上也是一件引人注目的事。
刘鼎接受这一重大任务后，进行了充分的调查研究和必要的准备工作。他先到一重和沈重，与设计人员进行座谈讨论，听取他们的意见；又到车间查看了它们所拥有的大型设备。之后，又到127厂、724厂、哈尔滨三大动力厂等逐一进行调查了解。
为此，刘鼎还专门到苏联去调查了解他们拥有的万吨级水压机情况，并和苏联水压机专家讨论了中国自己设计制造的问题。在调查研究和进行了一定的技术准备之后，确定这台水压机为1.26万吨自由锻造水压机，采用三缸、四柱、铸钢件组合梁结构。
根据东北地区机械制造力量比较雄厚的条件，决定采用正规的生产方式制造。开始时由沈阳重机厂设计制造，该厂用了一年多的时间完成设计，并铸造出上、中、下三个横梁的大铸件。1959年下半年，一重的主要生产车间已陆续建成投产，一机部决定将这台水压机的制造任务转给一重。
在整个设计制造过程中，刘鼎亲自安排任务，审定设计方案，并多次带人下厂，检查进度，解决重大问题。对于重大问题，他都要听取有关技术人员和老工人的意见后才谈自己的意见，因而他作出的决策，都是比较切合实际的。立柱、横梁和底座是水压机制造过程中的三个关键。
为了保证完成任务，工程技术人员发挥聪明才智，将立柱分为三段，每段用88吨的钢锭锻造后，采用电渣焊接而成；上、中、下三个横梁用10个大型铸钢件通过机械方法把合起来；底座中侧部的铸钢件最大，重95吨，采用4包钢水的办法，共145吨钢水合浇而成。
这种工艺方法，在中国的铸锻工艺史上是一个空前的创举。这台水压机的制造任务于1962年完成，因厂房没有及时建成，直到1964年才投入生产。经过多年的生产使用考验，质量良好，其技术性能接近当时国外同类产品的水平。
直到今天，这台值得中国人自豪的12600吨锻造水压机仍然屹立在富拉尔基重机厂，为社会主义的建设事业，继续作出重大贡献。
与此同时，刘鼎还负责组织设计制造了刘家峡水电站23万和30万千瓦水轮发电机组，机组为混流式，发电机采用了双水内冷技术，水轮机转轮直径5.5米，水头100米，是当时中国最大的水轮发电机组，也是当时世界上大容量机组之一。刘鼎对大型发电机采用双水内冷技术的研究与试制工作，给予了具体的指导和帮助。
在国防工业和机械工业合并组成一机部的时期，刘鼎所抓兵器工业生产民品的工作，渗透着他对中共中央军民结合方针的认真贯彻，也渗透着他对中国机械工业在前进道路上所作出的重大贡献。军民结合之花，结出了丰硕的果实，1960年兵器工业生产民品达到高潮，民品产值达13.53亿元，占同年兵器工业总产值的74.9%。
1960年9月，国防工业从一机部中分出，成立第三机械工业部，刘鼎被任命为副部长，分工主管科学技术工作。他受部党组委托，起草向中共中央的专题报告。报告分析和论述了中国国防工业的技术水平与国外先进技术水平相比的十大差距，提出了一系列建设性建议。如加强技术基础建设，对精密机械加工、电子技术、新工艺、新材料等给以重点扶持，狠抓科研以及大力培养技术人才等。
1961年至1963年，他着手抓了兵器、坦克、航空、电子等行业所有科研机构的充实和加强，并组织院、所、厂工艺部门先后推广了电解加工、电火花加工与切割、机夹刀具、组合夹具、金刚石工具、滚压加工、高能成型、铸锻件拼焊、振动光饰、喷丸强化等一大批新工艺和新技术项目的应用。在兵器行业，例如，85毫米以下的炮管和所有枪管的来复线都实现了电解加工的新工艺，大大节约了工时，降低了成本。
献身航空工业(1963～1966)
1963年9月，三机部一分为三，分别成立三、五、六机部，刘鼎被任命为新三机部(即航空工业部)常务副部长，中共三机部党组副书记。从此，刘鼎离开了他最熟悉的兵工行业，转到航空工业战线。
由于大跃进“高指标”、“浮夸风”的恶果尚未彻底消除，航空工业产品质量下滑的局面还没有完全扭转，三年未出整机，形势十分严峻。年逾花甲的刘鼎日夜操劳，呕心沥血，协助孙志远部长抓质量、抓技术、抓生产，在一两年内硬是把批量生产的几个飞机机种的质量抓了上去，实现歼-6型飞机优质达标过关，歼-7型飞机试制成功，强-5型飞机解决了重大技术问题，为设计定型打下基础，从而扭转了航空工业的被动局面。
1965年1月，刘鼎兼任航空研究院院长，全面领导航空工业的科研与技术发展。他十分重视基础科学技术和应用技术的发展，突出抓了发动机的高空试验与飞机的科研试飞。他组织研究院的有关人员认真消化和吸收歼-7型飞机的设计、试制工作经验，着手新一代歼-8型飞机的科研与设计，使航空工业逐步形成比较完整的科研体系。
他高瞻远瞩、瞄准世界航空工业发展的先进水平，找出中国航空工业的技术差距，制定技术发展政策，确定科研攻关方向和具体的攻关项目。1965年，他就提出了把科研成果转化为商品、转化为生产力的观点，并在303研究所进行试点，推行事业单位企业化的管理办法，取得显著成效。
刘鼎十分重视科技情报工作，始终一贯地重视先进工艺的推广应用。在那闭关锁国、信息阻塞的年代，他鼓励情报技术人员，时时注意观察国外新技术、新工艺、新材料的发展动向，一经发现，立即向国内介绍推广。
在他的倡导下，航空工业制造出中国第一台数控线切割机床，解决了飞机发动机精密模具加工的难题。他对电解加工工艺有较深的研究，到航空工业部工作后，立即把火炮厂电解加工炮管膛线的工艺，推广应用到喷气发动机涡轮叶片的加工，几乎与国外同时取得成功，解决了飞机发动机制造中最困难的环节。
在此基础上，他又提出以电解加工为主，综合采用新技术，彻底革新发动机叶片加工工艺。取得成功后，又相继在整体叶轮、高温空心涡轮叶片、大型机匣等关键零件上加以应用，使中国的电解加工技术在当时处于世界的前列。
1965年，邓小平视察沈阳航空发动机厂时，看到电解加工的成果后，高兴地称赞：电解加工是个宝。
1964年，有人建议在航空工业钣金冲压锻造工艺中推广应用火药爆炸成型工艺，刘鼎以其深邃的火工知识，认识到这一建议的合理性。他积极组织航空精密机械研究所与320厂合作攻关，终于研制成功中国第一台40吨米、以火药为动力的高速模锻锤，其投资仅仅相当于同等级的水压机的1/40～1/60。这种火药模锻锤锻造出合格的钛合金涡轮盘锻件，为锻压工艺开辟了一条新途径，从而荣获了国家一等发明奖。
320厂在这项科研的启发下，研制成功爆炸压床，解决了常规工艺难以加工或缺少大型成型设备的困难。此后，船舶工业、航天工业、电子工业也同时开展了爆炸成型和爆炸焊接、爆炸复合材料等试验，为国防工业生产解决了许多技术关键。
刘鼎还曾在航空工业系统组织创建组合夹具的专业化生产厂，其产品不仅满足了航空工业内部的需要，而且打入了国际市场，远销美、英、德、瑞典等国家，成为航空工业工具出口的支柱产品之一。
从革命根据地的人民兵工到建国后的国防工业，几十年来，刘鼎执着地推广应用新工艺、新技术。几十年的无数成果都凝结着他这位多才多艺的技术专家的心血!他在中国兵器工业、航空工业和机械工业中，的确称得上知识广博、有发明创造并且把技术专家和领导者融为一体的不可多得的好领导。