Lần đầu tiên Giáo sư, Viện sĩ Trần Đại Nghĩa được gặp Chủ tịch Hồ Chí Minh là lúc ông cùng kiều bào ta ở Pháp ra sân bay đón Bác - năm 1946, khi ấy Người sang thăm nước Cộng hoà Pháp với tư cách là thượng khách của Chính phủ Pháp.
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 Quy 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.