1955年5月，中央军委决定，组建中国人民解放军第一机械化师，并任命吴忠为第一机械化师师长，龚纪明为师政委。

　　第一机械化师是我军历史上的第一个机械化师，全师1.3万余人，辖属五六八、五六九、五七〇3个机械化步兵团、2个榴炮团、2个坦克团、9个特种兵独立营，另外每团还编有1个坦克营，全师配有3架通信飞机，直属军委装甲兵指挥。全师全部苏式装备、全部摩托化，是人民解放军现代化建设的标兵部队，担负着为人民解放军机械化部队建设摸索经验的艰巨使命。刚刚参加完上甘岭战役回国、曾在南京军事学院系统学习了两年现代战争理论的新任师长吴忠，深感肩上担子的沉重。

　　为了使这支新组建的部队尽快形成战斗力，不辜负党的期望，吴忠上任伊始就提出了一个发展规划：一年打基础，两年完成团以下分队的干部训练、基础训练和战术训练，三年完成师的战役、战术合成。吴忠把文化学习、干部培训和技术训练确定为全师基础工作的重点。当时，许多穷苦人家出身、文化水平较低的军官见到新装备就发懵，不要说学习操作，就连一些基本术语都听不明白。吴忠本人尽管在军事学院学习过军兵种知识，但要具体操作新装备、指导部队训练，也是一筹莫展。要尽快了解熟悉新装备，掌握新的技术战术，不攻克文化关是迈不进门槛的。

吴忠下了狠心：“学，就是拿出吃奶的劲头，也要攻下文化关！我带头，所有人向我看齐！”他制定了文化学习的日程表，并四处求助，聘请教员。每次上课，吴忠都坐在教室里认真听课，宿舍的墙上也贴满了各种数学、物理公式和外语单词。一有空闲，他就面壁默诵，硬是用两年左右的时间，学完了初中、高中的全部课程，还自学了俄语。师长以身作则，众官兵当然不敢怠慢，于是，机械化师的文化学习蔚然成风。

　　吴忠在机关和部队建立了严格的主官和参谋人员培训制度，定期或不定期举办集训班。从毛泽东军事思想到人民军队作战原则，从现代战争理论到军兵种常识，从条令、条例到分队战术，集训班的授课内容无所不包。集训方式也不拘一格，有课堂教学，有分组讨论，有现场作业，也有实际操作。

　　军官的技术培训也是一道难关。吴忠要求全师各级干部一年内都要“学会使用各种新式武器装备，学会驾驶各种车辆，会运用各种通讯手段”，尤其是技术兵种的干部，必须每人都“会驾驶、懂电台、能射击、善管理”。

　　有人感到这个标准定得太高了，一年之内难以达到。吴忠把眼睛一瞪，说：“你以为手里拿的还是‘七斤半’（指步枪）啊，现在你指挥的是坦克、大炮、装甲车，连手中的装备都不明白，怎么抓好部队的管理和训练，又怎么指挥部队打仗？不懂技术，就不配做机械化师的干部，更不配做机械化师的指挥员！从我这个师长开始，一年之内，谁不会驾驶，谁不懂技术，卷铺盖滚蛋。机械化师不养混饭吃的闲人！”

　　吴忠本来就对新事物充满兴趣，遇到新鲜玩意必要动手摆弄一番，现在学习新技术、新装备，更是“磨刀霍霍”，简直到了废寝忘食的地步。解放战争期间，他与国民党军的装甲部队交过手，吃够了坦克的亏。现在自己手下已经有了坦克团、坦克营，而且是当时比较先进的苏制T－34坦克，吴忠真是心花怒放，将其视若掌上明珠。他宣布：“两个月内，我必学会开坦克和射击。”他迷上了坦克，学驾驶，练射击。两个月后，他不仅学会了坦克驾驶和射击的技术，还获得了坦克等级驾驶员证书。

　　吴忠学技术的劲头从此一发而不可收。他每次到部队检查工作，见到新装备和设备他就问，就学，就亲自动手操作。无论是军官还是列兵，只要懂技术的，都是他的老师。他说：“要学真功夫，首先得有个厚脸皮，拜能者为师，不耻下问。”经过半年多的学习钻研，吴忠基本上掌握了机械化师配备的各种装备的操作技术。

　　就这样，吴忠真正由“外行”领导变成了“内行”领导。他亲自审定全师的训练内容，确定训练方法，制定考核制度，亲自到各部队考核训练成果。

　　在这期间，1955年9月27日下午，中国人民解放军在北京中南海紫光阁西边的国务院礼堂隆重举行了首批将官军衔授予典礼。年仅33岁的吴忠也被授予少将军衔，从而成为我军首批1044颗璀璨将星中为数极少的以师长身份被授少将军衔的解放军军官。在随后举行的中国人民解放军授勋典礼上，吴忠又荣获三级八一勋章、二级独立自由勋章、二级解放勋章。