归来后，即前往哈尔滨及山西大同等地开展第四纪地质及火山的调查与研究。1940年在贵州遵义等地开展地质工作，绘制完成中国第一幅古地质图。尹赞勋对玉门石油的生成做了详细研究，奠定了中国石油地质学的基础。自1935年开始，尹赞勋开始在地层古生物学尤其是对志留纪地层的进行广泛而深入的研究，对志留纪的笔石化石做过系统深入的分析。1949年，尹赞勋对中国志留系的研究进行了全面的总结，发表了有关华南志留系方面的论文。中华人民共和国成立后，尹赞勋领导并亲自参加编制第一部《中国区域地层表》，编着了《地层规范草案及地层