二次斯塔克效应》论文。1932年回国任北平研究院物理研究所研究员。一年后到北京大学任物理系主任，自1935年起兼任理学院院长。抗日战争爆发后，先后在湖南长沙临时大学（西南联合大学前身）和昆明西南联合大学任物理系主任。期间培养了杨振宁、黄昆、张守廉、邓稼先、李政道等一大批优秀物理学家，影响深远。1944年，他休假到美国，与A．H．尼尔森（Nielsen）等合作进行分子光谱研究。1947年初回国，继续担任北京大学理学院院长和物理系主任等职务。1948年当选第一届中央研究院院士。1949年拒绝登上南京政府