Ông có vinh dự được tham gia đoàn đại biểu thay mặt Hội Việt kiều tại Pháp đến thăm Bác, nghe Bác kể về tình hình trong nước và đề nghị kiều bào ta báo cáo tình hình hoạt động. Ông đã cùng với Bác đi thăm bà con Việt kiều, thăm Đảng Cộng sản Pháp và các danh lam, thắng cảnh. Trong các cuộc đi thăm đó, Bác ăn mặc rất giản dị. Bác đi dép cao su, nơi nào có sân sạch là bác ngồi xuống, nhân dân lao động và trẻ em quây quần xung quanh Bác. Bà con Việt kiều ở Pháp lúc đó rất tin tưởng ở Người.

Sau một thời gian cùng Bác đi thăm các nơi, một hôm Bác nói với ông:

- Ngày kia Bác về nước, chú có về cùng Bác?

Bác không hỏi là ông có muốn về hay không. Tuy vậy, đối với ông, việc về nước đã được chuẩn bị từ lâu, nên không có gì cập rập. Ngoài ông ra, còn có hai người cùng về với Bác là: Võ Huy Huân và bác sĩ Trần Hữu Tước.

Bác cháu cùng nhau về nước trên một chiếc tàu chiến của Pháp. Sau khi về nước một thời gian ngắn, Bác giao cho ông chức Cục trưởng Cục quân giới.

Trong kháng chiến chống Pháp, những năm đầu Bác gửi thư cho ông, động viên và nhắc nhở là trong chiến tranh nhân dân phải làm sao để các địa phương có thể tự túc được lương thực và huy động được lực lượng tại chỗ, có vũ khí tiêu diệt Pháp. Chúng ta phải tự sản xuất lấy vũ khí. Đó là quan điểm chiến tranh nhân dân. Năm 1950, Bác chỉ định ông kiêm chức Thứ trưởng Bộ Công thương, ông có dịp gặp Bác thường xuyên ở các phiên họp của Hội đồng Chính phủ. Có lần, Bác nói với ông, đại ý:

- Nếu vì những lý do nào đó mà cản trở công việc của chú, thì chú hãy báo cáo cho Bác viết.

Trong hai cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ, những ý kiến do ông đề xuất đều được Đại tướng Võ Nguyên Giáp và Đại tướng Văn Tiến Dũng chấp nhận, tạo điều kiện thuận lợi làm việc. Khi chúng ta đang tiến hành cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, Bác nói:

- Tôi đem chú Nghĩa về để kháng chiến. Bây giờ cuộc kháng chiến vô cùng ác liệt, chưa biết diễn biến sẽ ra sao, chú Nghĩa đang ở Hà Nội, tại sao không mời chú ấy tham gia quốc phòng.

Sau đó, Bác chỉ định ông làm Phó Chủ nhiệm Tổng cục Hậu cần với tư cách là thư ký quốc phòng.

Ba tháng sau, đồng chí Lê Đức Thọ mời ông tới nhà riêng và nói:

- Anh làm ba nhiệm vụ một lúc thì nặng quá, cho nên chức vụ "chủ nhiệm Ủy ban Khoa học kỹ thuật Nhà nước" để trên cử người khác thay.

Sau này, ông mới biết là Bác không đồng ý. Bác nói với các đồng chí trong Bộ Chính trị:

- Chú Nghĩa hồi kháng chiến chống Pháp làm bao nhiêu nhiệm vụ mà cũng làm được "Cục trưởng Cục Quân giới, Cục trưởng Cục Pháp binh, Thứ trưởng Bộ Công thương). Tại sao sau mấy chục năm chú ấy lại không làm được ba việc?

Cách đối xử của Bác với đồng chí Trần Đại Nghĩa đã thể hiện sự chung thủy, có trước có sau - một trong những đức tính quý báu của Người. Đức tính quý báu ấy là tấm gương để chúng ta học tập.

Câu chuyện trên đây còn là bài học về sử dụng nhân tài. Hiện nay ở nước ta đã và đang có hiện tượng chảy máu chất xám. Nếu không có sự thay đổi thì hiện tượng này sẽ còn tiếp diễn. Những sinh viên tốt nghiệp loại giỏi của các trường đại học trong nước đều không muốn làm cho các cơ quan nhà nước, vì thu nhập thấp. Các em vào làm ở các công ty liên doanh của nước ngoài có lương cao. Còn sinh viên có học bổng đi học tại các nước, nhiều em không trở về nước làm việc, bởi chế độ đãi ngộ, lương và điều kiện làm việc thấp. Như vậy chúng ta đã lãng phí rất lớn, bởi số tiền đưa các em đi đào tạo ở nước ngoài không phải là nhỏ, trong lúc đó đất nước ta còn nghèo.

Vậy mà ngay từ năm 1946, khi mới giành được độc lập, đất nước ở trong tình thế vô cùng khó khăn, Bác đã tìm mọi cách thu hút nhân tài để phục vụ đất nước. Bài học này cho đến nay vẫn còn nguyên giá trị.