香港中转回国。同年9月任中国科学院地球化学研究所副研究员、并组建了国内第一个稀有元素矿物地球化学研究实脸室。1958年升任研究员，主持内蒙古白云鄂博超大型稀土矿床物质成份和综合利用的研究。1966年春，中国科学院地球化学研究所成立，任该所研究员。文化大革命期间郭承基处境艰难，但仍坚持工作。随后任稀有元素地球化学研究室主任和稀土元素地球化学研究室主任。1979年任中国矿物岩石地球化学学会名誉理事。1980年当选为中国科学院学部委员(院士)。1981年任中国稀土学会副理事长，同年被选为第六届全国政协委员。1