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1969年3月，中苏爆发珍宝岛事件，随后中苏关系持续恶化，到了年底，为防备苏联发动突然袭击，中央决定将在京的老干部疏散到外地。国家建委军管会向周总理请示谷牧的疏散去处，提出“谷牧已经解放，他到哪里去?是不是也去‘五七’干校?”周总理明确指示：“谷牧不要去干校。他对三线建设有兴趣，又参加过基建工程兵的组建，让他到基建工程兵部队调查研究，总结经验，劳动锻炼，一旦有事还可以带部队去前方服务。”但是，在传达总理上述指示时和介绍谷牧去部队的信函上，只剩下“劳动锻炼”四个字。12月24日，谷牧前往四川江油基建工程兵第一支队。
支队长段景成、副政委王湘萍到车站接谷牧到支队部。谷牧说，我犯了错误，是来劳动锻炼的。段支队长说，给你安排好了，到连队里去，每星期回来一次好不好。谷牧问，回来干什么?段支队长说，改善一次生活。谷牧说，这样不好。但段支队长说，规定你每星期回来汇报一次，其他你不要管了。谷牧坚持说，每月汇报一次吧。后来段支队长大体上每半月就找个理由把谷牧接到支队部驻地一次。
12月28日，谷牧穿上军服，到一支队四大队二区队一连当兵。连长名叫傅兆惠，指导员名叫王立祥。他们叫谷牧“老谷”，还特意安排谷牧和陪他来部队的蒋明生同志单住一房。除了住双人房这一点特殊外，谷牧和战士们在一起出操、劳动、学习，按普通一兵要求去做。行伍生活谷牧并不陌生，20世纪30年代中期，谷牧曾被派到东北军搞兵运时，受过军事训练，以后又长期在部队工作，谷牧原想自己不会不适应。哪知第一天出操就闹了笑话，“向后转”总慢一步，因为现行条令规定的“转”法是两步，同谷牧在东北军时学的三步转法不一样。谷牧穿新军装做老动作，出了差错，连长马上命令谷牧出列，单兵教练加以纠正。年岁不饶人，谷牧毕竟与年轻小伙子有差别，集合时跑得气喘吁吁，往往还迟到。连干部很会做工作，说今天集合大家都表现很好，老谷虽然年龄大一点儿也跟上了，只晚到了一分钟。其实谷牧晚到不止一分钟。连队经常搞紧急集合、夜行军的训练。连长为了照顾谷牧，总是事先来个悄悄话，说今晚要紧急集合，你年纪大了可以不去。谷牧哪能不去呢，于是早早做好准备，保持“备战”状态，但到集合时又不能第一个到场，以免露了马脚，要等有些战士到场后再出去。
在连队生活中，班里天天要学习，也就是读报。谷牧自告奋勇承担这一工作。事前谷牧先浏览一遍，读的时候先说明主题大意和领会重点，然后每读一段就扼要复述一下，有时还作些解释，很受战士们的欢迎。这些战士大部分是农村的初中或高小毕业生，文化水平不高。他们说，还不知道有老谷这种好的学习方法。大队部为此通报表扬过谷牧。
谷牧前后在基建工程兵一支队和六十一支队的三个连里当兵，工种也不一样，砸石头、开破碎机、当仓库保管、下料放样、安装设备，谷牧都干过。在给长城钢厂安装电子轰击炉时，技师详细讲了技术要求和注意事项，告诉大家：这是我国进口的唯一的精炼炉，一定要搞好安装质量。他在讲到“圆周率”时，要谷牧给大家作解释。这个题目对谷牧来说当然轻而易举。谷牧讲完后，战士们说老谷还真有一套。连队干部和战士们对谷牧很关照，不派他干很累的活，尽量发挥他的优势，让他帮助他们学习，经常给以表扬。过年过节部队会餐联欢，表演节目，颇有乐趣，谷牧感到比在机关里挨“批”时心情舒畅多了。为了让在边疆和农村的四个儿子以及在江西五七干校的老伴和小女儿放心，谷牧照了一张着军装戴领章帽徽的照片，分别寄给他们，并附了一首打油诗：“二十年前老行伍，五十五岁重当兵，不是刚愎逞豪壮，再学再炼心更红。”虽然是下放锻炼，但当时能戴上红色领章帽徽是有象征意义的，这使经受着艰苦生活磨炼的孩子们受到了鼓舞。尽管建委军管会开的介绍信上没提让谷牧调查研究，基建工程兵部队仍然要谷牧和一些干部一起做了调查，经过多次座谈讨论，写出了《一支队四大队的调查报告》、《关于工改兵优越性的报告》等，报送国务院。后来总理让建委军管会转告谷牧，这几份报告他都看了。在连队里，谷牧的苦恼主要有两件事。一件是洗衣服，确实长时间很少自己洗衣服了，加上每天干活搞得很累，晚上实在打不起精神。因此就采取多加洗衣粉的办法，晚间泡上，第二天一早搓洗。这样果然好洗了一些，但洗衣粉太多，时间长了手指头被灼裂了好多口子，一直治不好。这还算是皮肉之苦。最难最苦的要算吃饭这件事了，连队里的米饭很硬，那时副食品供应很差，几乎吃不到鲜肉，或一个星期吃一次咸肉，也是硬得很，菜里的油水又很少。谷牧从小养成细嚼慢咽的习惯，即使在东北军的行伍生活中，这个习惯也没有改过来。这下子在连队里可遇到了严峻考验。几乎每顿饭都是人家吃完走了，谷牧第一碗饭还没吃完，连队干部总在一旁等着他。饭难嚼难咽，心里又着急，因而最多吃个八分饱，每到夜晚，可能因为饿的缘故吧，失眠加剧。
有天晚上，那已是1970年春的4月下旬，外面漫天狂风暴雨，我国的第一颗人造地球卫星上天，电台转播太空传来的《东方红》乐曲。谷牧听了十分兴奋，更难入寐，中夜索句，哼成几句： “暴雨更兼狂风，怒涛卷山滚滚，莫悉五洲沉落，细听天外歌声。”由于身体日益变差，又过了一些时候，约5月中旬，谷牧在四川灌县映秀湾水电站工地上突然晕倒了。连队没有医疗条件，急忙送到六十一支队驻县城的医疗所。一检查是高血压，低压130，高压190，给谷牧吃了强行降压的药，把血压控制住了，但是需要休息治疗。部队发电报到北京请示怎么办。周总理指示，立即把谷牧送回北京。1975年1月，四届人大召开谷牧出任国务院副总理。连队组织学习新闻公报的时候，不知谁喊了出来：“这不是老谷嘛!”于是大家争相一看才恍然大悟，原来”老谷“是副总理是国家领导人啊!
