博士论文研究古生代珊瑚的内部构造发现其年成长率与海水温度有关。1936年，马廷英冲破日本方面的阻力，秘密离开日本回到中国，应聘担任中央研究院地质学研究所研究员，主持东沙群岛珊瑚调查研究，在东沙群岛发现中国明朝古物，证明该地区自古即中国领土。后担任国立中央大学地质系教授。其间，他将珊瑚年成长率与海水温度的关系用到古气候研究中，研究地质时代的气侯变迁与冰川消长的原因以及海底地形等问题。1937年芦沟桥事变爆发，中国内陆各省食盐短缺，马廷英应政府之请，到沿海地区及其他各个产盐地进行勘量，并且指导开采井盐、岩盐