1947年，彭桓武辗转回到中国，先后在云南大学、清华大学、北京大学、中国科学技术大学任教，曾参与并领导了中国的原子弹、氢弹的研制计划。还先后担任中国科学院近代物理研究所副所长、中国科学院高能物理研究所副所长等职，并在1978年到1983年期间任中国科学院理论物理研究所所长。
荣誉.1982年获得中国国家自然科学奖一等奖，1985年获两项中国国家科技进步奖特等奖，1995年获何梁何利基金科学与技术成就奖，并在1999年被授予“两弹一星功勋奖章”。为纪念他对中国核物理做出的贡献，第48