בתחילת שנת ה'תרצ"ד עלה לארץ ישראל והחל ללמוד בישיבת מרכז הרב, שם יצר קשר חזק עם הרב יעקב משה חרל"פ ולמד איתו בחברותא. נבחר על ידי הרב אברהם יצחק הכהן קוק להיות אחד מהשלושה שהכינו איתו את השיעור הכללי (יחד עם הרב יהודה גרשוני והרב דוד חנזין). לאחר פטירת הראי"ה ומינוי של הרב יעקב משה חרל"פ במקומו לראש הישיבה - נהג גם הרב חרל"פ להכין עימו את השיעור הכללי.
במשך חייו, מאז פטירת רבו הרב חרל"פ, המשיך את מנהגו של הרב חרל"פ לקיים מעמד שירת הים בליל שביעי של פסח בחגיגיות וברוב עם. לפני השירה נשא דברים עמוקים ונרגשים על משמעות המעמד, ולאחר מכן שרו את שירת הים בלחן המסורתי של הרב חרל"פ.
ברבנות כפר הרא"ה.
בשנת ה'תרצ"ח קיבל סמיכה לרבנות מהרב חרל"פ ומהרב איסר זלמן מלצר ובחנוכה אותה שנה נבחר לרבו של כפר הרא"ה (המושב הראשון של יישובי הפועל המזרחי שמינה לעצמו רב) בתמיכתו של הרב יצחק אייזיק הלוי הרצוג. נשא לאישה את בת דודתו בת-שבע בורגנסקי. בכפר הרא"ה עיצב הרב ישראלי יחד עם חברי הכפר אורח חיים של יישוב חקלאי דתי, בין השאר גרם להם לפתור סכסוכים ביניהם בבית הדין בראשותו.
במהלך תקופה זו עסק הרב ישראלי רבות בהלכות מצוות התלויות בארץ (הלכות שמיטה, עורלה, כלאי הכרם), הן בבירורה של הלכה למעשה והן בהטמעתה בהתיישבות הדתית. כמומחה לנושאים אלו נבחר לימים לעמוד בראש המחלקה למצוות התלויות בארץ של הרבנות הראשית לישראל. כשהוקם מכון התורה והארץ על ידי תלמידו הרב יהודה הלוי עמיחי התייעצו בו רבני המכון. בירוריו ופסיקותיו בנושאים אלו ראו אור בספריו "ארץ חמדה" (שהשלים ביום הקמת המדינה, ה' באייר תש"ח) ו"חוות בנימין".
בשנת ה'ת"ש הקים הרב משה צבי נריה את ישיבת בני עקיבא בכפר הרא"ה (ישיבת כפר הרא"ה, שהייתה בתחילה "ישיבה קטנה"). הסיבה המרכזית להקמתה באתר זה הייתה הסמיכות לרב ישראלי, והוא לימד בה את השיעור הגבוה במשך מספר שנים. בהמשך הקים את ה"מכון להלכה ברורה בהתיישבות חקלאית" שנסגר במהרה עקב קשיים כלכליים. עם סגירת המכון נענה לבקשתו של הרב יהושע יגל – ראש מדרשית נעם בפרדס חנה ללמד במדרשייה, ומסר בה שיעורים קבועים ב"מחשבת ישראל". את שיעוריו בנושא הוציא בספר "פרקים במחשבת ישראל" (מהדורה ראשונה ה'תשי"ב). עם פרסום הספר, שהציג סדר שיטתי ומקורי לנושא, הוכר המקצוע לבחינות הבגרות.
פעילות רבנית.
בשלהי ה'תש"ח הקים הרב ישראלי, עם רבנים נוספים ובראשם הרב כתריאל פישל טכורש, את "חבר הרבנים שעל ידי הפועל המזרחי", שמטרתו הייתה "להשפיע על צביון ודמות המדינה" ולתת מענה לשאלות ההלכתיות הקשורות בה. ואכן בשני עשוריו הראשונים היה "חבר הרבנים" גוף בעל השפעה רבה על הרבנות והקהילות בארץ. הוא עמד מאחרי רבים מן המאבקים על אופייה היהודי של מדינת ישראל. הרב ישראלי היה דוברו העיקרי של הארגון. הוא גם יסד וערך את ביטאונו "התורה והמדינה", שהפך לבמה מרכזית לבירורים הלכתיים במגוון הסוגיות הקשורות לניהול מדינה יהודית. הרב ישראלי עצמו פרסם בכל גיליון מאמר הלכתי משלו בנושאים אלו, כמו סמכות הכנסת והממשלה, מינוי נוכרים לכנסת, מפקד אוכלוסין ופעולות תגמול. המאמרים כונסו עם מאמרים אחרים שלו לספרו "עמוד הימיני" (הוצאה ראשונה, תשכ"ו).מועצת הרבנות הראשית קבלה את נוסח התפילה ליום העצמאות שהציע בשם חבר הרבנים.
בשנת ה'תשי"ג הרחיבה הרבנות הראשית את מסגרתה והרב ישראלי מונה כחבר במועצה המורחבת. עם פטירתו של הרב צבי פסח פרנק בשנת ה'תשכ"ו נבחר הרב ישראלי לכהן כחבר מלא במועצה, שבה כיהן, למעט בשנים ה'תשל"ג-ה'תשל"ח, עד שהתפטר מתפקידו בשנת ה'תשנ"ג. דעתו התקבלה במועצה בנושאים כמו הלכות שמיטה, כשרות "בני ישראל" מהודו, היחס לרפורמים, השתלות לב ועוד. בין תפקידיו במועצה כיהן כאחראי על מחלקת מצוות התלויות בארץ, ובמסגרתה פעל להטמעת שמירת השמיטה בישראל.
בשנת ה'תשכ"ה מונה לדיין בבית הדין הרבני הגדול בירושלים. עקב כך עזב את הרבנות בכפר הרא"ה ועבר להתגורר בירושלים בקרבת הישיבה. הוא כיהן בבית הדין עד צאתו לגמלאות בשנת ה'תש"מ. פסקיו והכרעותיו משמשים רבות כיסודות לפסקי דין של דיינים מאוחרים יותר. חלק מפסקיו בבית הדין כונסו ב"חוות בנימין" וב"משפטי שאול".
ערך את הביטאון "ברקאי" לרבני הארץ והתפוצות (תשמ"ג-תש"ן). היה חבר במערכת "דעת מקרא" על נביאים וכתובים והגיה את הסדרה כולה.
בשנת ה'תשמ"ז נענה לפנייתם של הרב משה ארנרייך והרב יוסף כרמל לשמש כנשיא מכון "ארץ חמדה" להכשרת דיינים.
קיבל את פרס ישראל למדעי היהדות לשנת תשנ"ב, פרס הרב קוק לספרות תורנית לשנת תשי"ח, פרס הרב מימון לשנת תשל"ב, והפרס על שם חיים משה שפירא לשנת תש"ן.
בראשות ישיבת מרכז הרב.
בשנת ה'תשי"ג הציעו מקימי ישיבת כרם ביבנה לרב ישראלי לעמוד בראשה, אך הוא סירב. בשנת ה'תשי"ט ביקש ממנו ראש ישיבת מרכז הרב הרב צבי יהודה הכהן קוק, לכהן מתחתיו בישיבת מרכז הרב ולהעביר שיעור כללי, בנוסף לרב אברהם אלקנה שפירא. הוא נענה לבקשה, החל במסירת השיעור. מאז, במשך 36 שנה, עד חודשים ספורים לפני פטירתו, לימד שיעור כללי בישיבה ביום חמישי, והרב שפירא ביום שלישי. שיעוריו אלו החלו לראות אור בסדרה "שערי שאול". את השיעורים מסר, בניגוד למקובל, על גרם המדרגות של ארון הקודש ולא על הדוכן עצמו, בנמקו שאינו יכול לעמוד במקום שבו עמד הרב קוק.
כונה בתואר ראש הישיבה. בוויכוח שהתגלע עם פטירתו של הרב צבי יהודה קוק בשנת תשמ"ב, תמך בסמכותו הבלעדית של הרב שפירא כראש הישיבה (כשהוא לצידו), ללא שותפות הרב צבי טאו. בעמדם יחד בראשות הישיבה הם בלטו בהנהגת הציבור, בין השאר בהובלת המאבקים על שלימות ארץ ישראל. הם אלו שייסדו, יחד עם הרב נחום אליעזר רבינוביץ את איחוד הרבנים למען ארץ ישראל בתקופת הסכמי אוסלו.
נפטר ביום שבת פרשת שלח לך, י"ט בסיוון ה'תשנ"ה, ונטמן למחרת בהלוויה רבת משתתפים בבית הקברות סנהדריה בירושלים, על פי בקשתו להיקבר סמוך ככל שניתן לרבו - הרב יעקב משה חרל"פ.
דרכו ההלכתית.
בפסקיו, מיעט הרב ישראלי לעסוק בספרות השו"ת של האחרונים, והכרעותיו בנויות לרוב מדיון בתלמוד, הראשונים והשולחן ערוך. עיונו באחרונים התמקד בעיקר באלה המרכזיים דוגמת החתם סופר והנודע ביהודה, וכן רבו הראי"ה קוק והחזון איש. הוא עסק בכתבי ה"אחרונים" תוך ביקורתיות ונכונות לחלוק עליהם בהתאם לדעתו בסוגיה. כן השתמש לעיתים בליבות רעיונותיהם, תוך הפקת כיווני הסבר מחודשים משל עצמו, מתוכן.
לצד רבנים דוגמת הרב יצחק אייזיק הלוי הרצוג והרב אליעזר יהודה וולדנברג, נודע בבירורי ההלכה בענייני ציבור ומדינה ובחלוציותו בהם. פסיקתו במקרים רבים התבססה על עמדותיו הגאוליות ביחס לתהליך הציוני והקמת המדינה, והמשמעות ההלכתיות שייחס להם. הוא ראה בפועלו בתחום זה ניסיון להגשמת קריאתו של רבו הראי"ה להחיות את "תורת ארץ ישראל", כן היה ממניחי היסודות להלכות המצוות התלויות בארץ. שני נושאים אשר לא עובדו דיים מבחינה הלכתית בשנות הגלות, והצריכו בירור מן השורש. עובדה זו היא אחת הגורמים לבליטתם בפסקיו של רבו הראי"ה - בשני הנושאים, ושל החזון איש - בענייני מצוות התלויות בארץ, בהיות משנתם משמעותית ונצרכת לכך במיוחד.
ניתוחו ההלכתי מושפע מדרך הלימוד הישיבתית, המעמיקה בניתוח מושגי ולמדני. הוא משתמש לעיתים באבחנת צווי דינים במהלך דיונים בבעיות שונות. לדעתו בבירורי הלכות מדינה וכדומה הדברים אף מוכרחים, מפני שכאמור – אין תוכן רב בנושאים אלו בספרות הקדמונים, וסגנון הלכתי שנסמך בעיקר על המופיע בהם לא יצלח לבירורי הלכות אלו.
עמדותיו.
סבר שאין מקום לחנך כיום ל"אמונה פשוטה" המסתמכת על קבלת האמונה כעובדה ללא בירור, אלא יש לעמול ולבאר את מהות האמונה ואת הראיות לה וביסוסה.
ראה במדינת ישראל וקיבוץ הגלויות אתחלתא דגאולה, וסבר שגדולי תלמידי החכמים צריכים לעמול לברר את הסוגיות הנוגעות להנהגת מדינה יהודית על פי תורה ולפעול להוביל לכיוון זה את המדינה.
בעקבות פעולת קיביה ופעולות תגמול אחרות שבהן נהרגו אזרחים שלא היו מעורבים בלחימה כתב הרב ישראלי מאמר נרחב, ובו אחת ההתייחסויות ההלכתיות הראשונות שנכתבו בנושאים אלה. במאמר הוא קובע שאסור לפגוע באופן מכוון בבלתי מעורבים, אולם מתיר פגיעה אגבית בבלתי מעורבים כאשר מנסים לפגוע במחבלים המסתתרים ביניהם. עוד כתב שכאשר רובה ככולה של האוכלוסייה מעודדת את פעולת הכנופיות והדבר מסייע להגברת פעולותיהן, יש לאוכלוסייה דין רודף, אולם גם אז אסור לפגוע בילדים בכוונה תחילה.
בעקבות הסכמי אוסלו יצא בגילוי דעת רבני חריף נגדם יחד עם הרב משה צבי נריה והרב אברהם שפירא, במסגרת "איחוד הרבנים למען ארץ ישראל" שאותו הקימו. הוא חתום על פסק ההלכה הקורא לחיילים לסרב פקודה לפינוי מחנות צה"ל ויישובים יהודיים מיהודה ושומרון.
סבר שהאיסור הנלמד מדברי התורה למנות נוכרים לתפקידי שררה חל רק על תפקידים העוברים בירושה. סבר שאין מניעה הלכתית למנות נשים לתפקידים ציבוריים במדינה דמוקרטית.
ב-1981, פרסם את עמדתו לפיה, במקום לשלול את כל רעיון גיוס הנשים, היה ראוי להשתדל לכוון אותן למקומות בו יוכלו למלא את חובת גמילות החסד, לאור הצורך המשווע בכוח אדם בצבא.
הנצחה.
שכונת "מעלה שאול" בכניסה לירושלים נקראת על שמו, כמו גם מספר רחובות בישראל.
בשנת תשס"ה הוכרז על פרס ליצירה תורנית על שמו, המוענק מדי שנה במשותף על ידי מכון "ארץ חמדה", ישיבת "מרכז הרב" ומכון מרחבים.
נבחר לדמות המופת של החינוך הממלכתי דתי לשנת תשע"ה.