В 1942 г. во время войны работал в лаборатории Ульяновского патронного завода, куда попал после института по распределению. Здесь он впервые увидел свою будущую жену Клавдию Вихиреву (ее фамилия чаще всего встречается в такой интерпретации). Сблизиться молодым людям помогло несчастье - очень большое по тем временам. Сахаров, который с молодости не отличался практичностью в быту, потерял продуктовые карточки. Он никому не сказал об этом, просто молча голодал до тех пор, пока однажды не потерял сознание. Это случилось прямо на работе, и именно Клавдия вызвала ему врача, а затем и услышала диагноз - голодный обморок. После этого девушка забрала его в свою семью, и Вихиревы подкармливали Сахарова до тех пор, пока он не окреп и не встал на ноги. За это время Сахаров, по природе замкнутый и неразговорчивый, привязался к Клавдии, молодые люди полюбили друг друга и в 1943 г. поженились.
Клавдия с первых дней семейной жизни отлично сознавала, что ее муж - человек неординарного ума и способностей, и она всю себя посвятила тому, чтобы создать будущему академику все условия для полноценной работы. Она окружила его теплом и заботой, взяла на себя все заботы по обустройству быта. Несмотря на то что Клавдия обладала достаточно твердым характером, она во многих ситуациях уступала мужу. Все, кто знал супругов, отмечал, что они были необыкновенно привязаны друг к другу. Сахаров даже на людях ласково звал жену Клавинька. В браке у них родились трое детей, унаследовавших лучшие черты Сахаровых - высокую порядочность, интеллигентность, отсутствие всяческого снобизма.
Счастье оборвалось в одночасье. В 1969 году Клавдия Алексеевна скоропостижно скончалась от рака. Они прожили вместе 26 лет.
Счастливая семья Сахаровых.