张玺回流中国，应聘为北平研究院动物研究所研究员，从事海洋动物的研究。1933年，与齐雅堂一同出任北平中法大学生物学系，任动物学及海洋生物学教授，从事海洋无嵴椎动物学研究。中国解放后，中法大学经济系、生物系并入南开大学，张玺亦随同迁往南开大学。而后与童第周、曾呈奎等一起筹建并领导了位于青岛的中国科学院水生生物研究所海洋生物研究室（后扩建为海洋生物研究所、海洋研究所）。1958年他参与筹建了南海海洋研究所，并且兼任所长；另外，他还被聘兼任中国科学院动物研究所的研究员，领导淡水、陆生贝类的工作。1957年