任。1946年他回到中国，出任中比镭锭治疗院院长。中华人民共和国成立后，吴桓兴继续担任上海镭锭治疗院院长。朝鲜战争期间，他曾赴朝鲜战场。回国后调往中国人民解放军军事医学科学院任职，曾任二所所长、放射生物学系主任。1958年，他主持建立了中国医学科学院肿瘤研究所和医院，并主任所长、院长。文革期间，他被打成“资产阶级反动学术权威”。1983年，他卸任所长、院长之职，出任中国医学科学院肿瘤医院名誉院长、肿瘤研究所名誉所长。1984年加入中国共产党。1986年10月30日因巨球蛋白血症在北京逝世。在其去世后，1