När han talade till vicekansler, sade han att han var chockad över hur lite undervisning värderades i föreläsarnas befordran.
Universitet som förnedrade vikten av undervisning riskerade "förlora synen" av deras uppdrag, sade han.
Tidigare försvarade han planer som presenterades på onsdag för att "höja ribban" om vetenskaplig forskning som finansieras av skattebetalarna.
Under ett tal om den högre utbildningens framtid sade Willetts på torsdag: "Det är fortfarande svårt att ändra intrycket att det som verkligen räknas inom den högre utbildningen är forskning. Detta måste förändras."
Han berättade för universiteten Storbritannien årliga konferens han hade hittat en rapport "shocking" som föreslog bara en av 10 seniora kampanjer vid toppuniversitet påverkades av undervisning.
Willetts sade att fokuseringen inom forskningen berodde på de incitament som skapats av regeringarnas politik på varandra följande områden.
"Vi har stärkt incitamenten för alla att bedriva forskning utan någon förändring i undervisningsregimen", sade han.
Hans kommentarer kommer en dag efter Business Sekreterare Vince Cable sade att forskningsfinansiering bör "skärma ut medelmåttighet" i de projekt som stöds av skattebetalarna.
Universitet och forskare reagerade ilsket på hans påstående att endast forskning som var kommersiellt användbar eller akademiskt framstående bör finansieras.
Tom Feilden, BBC Science Correspondent
Det är faktiskt ganska svårt att beräkna den ekonomiska avkastningen på enskilda forskningsbidrag - hur avgör man vilken andel av den globala marknaden i, låt oss säga, mobiltelefoner är nere i en specifik studie om transistorer vid UCL 1973?
Med detta sagt drog en färsk rapport om värdet av medicinsk forskning som sammanställts av MRC, Wellcome Trust och Academy of Medical Sciences slutsatsen att varje pund som spenderades på offentlig eller karitabelt finansierad forskning gav en avkastning på 30 pk per år - i all evighet - från direkta eller indirekta vinster till BNP.
Enligt finansieringsrådet för högre utbildning ökade antalet patent som beviljades brittiska universitet mellan 2000 och 2008 med 136 %, och konsultintäkterna under samma period ökade med 222 %.
Universitetets biovetenskapliga institutioner har lekt ut över 200 spin-out företag under det senaste årtiondet, och under 2007 enbart dessa spin-outs sysselsatt nästan 14000 personer och hade en sammanlagd omsättning på 1,1 miljarder pund.
Det verkar finnas ett övertygande argument för att investeringar i vetenskaplig forskning kan generera välstånd och stimulera ekonomisk verksamhet.
Till försvar för politiken sade Willetts till BBC:s program Today att de offentliga utgifterna "är långt före vad vi har råd med" och att skattebetalarna bara bör finansiera forskning av högsta kvalitet.
Universiteten förväntar sig budgetnedskärningar i den omfattande utgiftsöversyn som planeras till oktober.
Men vetenskapliga och akademiska ledare säger att finansiering mindre forskning skulle hota Storbritanniens status som världsledande inom vetenskap.
Tidigare chef för British Medical Research Council Professor Colin Blakemore ifrågasatte hur forskningskvaliteten skulle definieras.
"En del av det ger inte de resultat som förväntades. Det är forskningens natur. Ibland fungerar det inte, sa han till BBC.
Willetts sade att ett sätt som regeringen skulle kunna fokusera utgifterna på skulle vara att koncentrera sig på forskning som fick högsta betyg i bedömningar av de brittiska finansieringsråden.
Prof Blakemore sade vetenskaplig forskning var avgörande för framtiden för Storbritanniens ekonomi.
"Britten är ett litet land med minskande resurser - varifrån överlever vi? Vårt enda hopp är innovation och att producera innovation måste vi producera grunden för innovation, inom forskningen."
Regeringen spenderar 4,3 miljarder pund om året på vetenskaplig forskning.
Lord Rees, ordförande för Royal Society, sade i onsdags att en nedskärning av den vetenskapliga finansieringen skulle vara en falsk ekonomi.
"Frågan får inte vara om vi har råd med investeringen - det borde vara vi har råd med nedskärningarna."
Vetenskapsminister David Willetts har sagt att forskningslärarbalansen har "gjort fel" på universiteten, efter att ha försvarat nedskärningar i vetenskaplig forskning.