1969年，在軍事醫學科學院駐衛生部中醫研究院軍代表的建議下，全國“"523"辦公室”邀請北京中藥所加入“"523"
任務”的“中醫中藥專業組”。北京中藥所指定化學研究室的屠呦呦擔任組長。當時的基本思路是采取民間驗方，然後用有機溶劑分離藥用部位並進行相應的藥理篩選和臨床驗證，研究人員整理了多達808種可能的中藥。據稱她們開始並未考慮使用青蒿，因為它的抑制率極不穩定，12-80%，直至看到東晉葛洪《肘後備急方》中將青蒿“絞汁”用藥，從而得到啟發，認為有效成分可能在親脂部分，改用乙醚提取。1971年10月，青蒿的動物效價由30%~40%提高到95%。1971年12月下旬，用乙醚提取物與中性部分分別對感染伯氏瘧原蟲（Plasmodiumberghei）小鼠以及感染猴瘧原蟲（Plasmodiumcyomolgi）猴的瘧原蟲血癥（parasitemia）顯示 100%的療效。
1972年初抗瘧有效單體從中藥青蒿中分離得到，當時的代號為“結晶Ⅱ”，後改名為“青蒿Ⅱ”，最後定名為青蒿素。1972年3月8日，《用毛澤東思想指導發掘抗瘧中草藥工作》的報告在"523"計劃內部會議上發布。效果雖好，但在批量生產時相關藥廠不願意承擔提取藥品任務，使得項目組只好把實驗室當成了生產車間，而由於乙醚易燃，結果在屠呦呦作報告的當日，由於操作人員不慎而引發大火，這壹事故差點使得計劃夭折。
由於計劃時間進度緊張，為了盡早應用於臨床，1972年5月計劃部分相關研究人員（包括屠呦呦）用自身進行
人體試驗並獲得通過，8月在海南部分地區進行臨床試驗，在選試的 21 例瘧疾患者中，感染惡性瘧或間日瘧（subtertian ortertian malaria）者各占半數. 經治療後，患者的發熱癥狀可迅速消失，血中瘧原蟲的數目銳減；而接受氯喹的對照組患者則無效（個別數據存在爭議，也有個別參與人員回憶年份為1973年）。
1977和1979年，青蒿素的研究成果在中國《科學通報》與《化學學報》上發表，同年青蒿素的新分子及其報被美國權威的《化學文摘》收錄。
1979年9月，依國家醫藥管理總局建議，"523"計劃列入各級民用醫藥科研計劃之中，不再另列醫藥軍工科研項目。1981年3月3日-3月6日，"523"計劃舉行最後壹次小組會議；5月該會議紀要下發，"523"計劃結束。
1981年10月，世界衛生組織主辦的第四屆瘧疾化療研討會在北京召開上，屠呦呦就《青蒿素的化學研究》壹題作首位發言，引起與會代表極大的興趣，並認為“這壹新的發現更重要的意義是在於將為進壹步設計合成新藥指出方向”。在這次報告中，屠呦呦提出應研發復方青蒿素以防止和延緩抗藥性出現的設想，但並未受到國際同行的重視，中國開始自行研發復方藥物，開發出復方蒿甲醚等系列復方藥。2005年，權威醫學刊物《柳葉刀》發表文章，指出研究發現使用單方青蒿素的地區瘧原蟲對青蒿素敏感度下降，這意味著瘧原蟲有開始出現抗藥性的可能，世衛組織開始全面禁止使用單方青蒿素，改用青蒿素的聯合療法（artemisinincombination therapy，ACT），並推薦多種聯合治療，即每種方案包括青蒿素類化合物，配以另1 種化學藥物。這說明當年中國科學家的預見是對的。
1986年，青蒿素和雙氫青蒿素獲壹類新藥證書，1992年獲得“全國十大科技成就獎”，1997年獲得“新中國十大衛生成就”之壹稱號。
2011年9月，屠呦呦因青蒿素和雙氫青蒿素的貢獻，獲得被譽為諾貝爾獎風向標的拉斯克獎。
2015年10月，屠呦呦因創制新型抗瘧藥—青蒿素和雙氫青蒿素的貢獻，“or her discoveries concerning a novel therapy againstMalaria”，與另外兩位科學家獲2015年度諾貝爾生理學或醫學獎。