首先，这些科学研究一定要结合发展国民经济的需要，强调为生产服务。例如：向沙漠进军，他明确指出：沙漠方面的工作主要是以治理为主，主要在“治”字上大做文章。沙坡头搞铁路防沙研究，在民勤搞农田防沙的研究，都是从任务出发的，必须投入大部分力量在应用研究和应用基础研究方面，但也要搞一些必要的基础理论，如关于风沙地貌的研究内容，主要是研究沙漠中沙的形成和来源。他在评价冰川学的发展时指出：冰川学是两年来发展起来的新学科，较全面地调查了祁连山、天山冰雪资源的分布、类型、特征、结构构造、运动和储水量，并作出初步估计，提出了开发利用冰雪资源的初步意见，进行了小规模融冰化雪试验。1959年，在河西走廊融冰化水二千万立方米，对农业灌溉有一定帮助。总之，他认为对干旱区的改造，冰川和沙漠都是亟待解决的问题。
其次，他一贯主张要利用自然，必须首先认识自然。为了认识自然，必须到大自然中去，到野外去。作为第一步，研究所应该建在靠近前线的地方。他说：“冰川、冻土、沙漠都是以大自然为研究对象，要认识这些自然现象和掌握自然规律，工作重点就得放到野外去，主要的工作应该放到现场去做。”在他倡导下，原属地理研究所的沙漠研究室迁往兰州，和原在那里的冰川冻土研究室合建成中国科学院兰州冰川冻土沙漠研究所。为研究高原气象，从地球物理所分出一部分研究人员到兰州，成立地球物理研究所兰州工作站；又将地理研究所地貌、地图研究的一部分研究人员派往成都，创建地理研究所成都分所，以针对我国西南地区山地利用和山地灾害的实际，将山地开发和山地灾害防治作为主要研究方向。这些组织措施，针对我国自然条件的特点，在全国范围内，逐步建立起中国科学院比较完整的地学研究体系。竺可桢又强调在实际调查的基础上，选择自然条件有代表性的点，实行点面相结合的研究方法。我国幅员辽阔，面的考察难以完全深入，可以在点上进行观测实验，然后推向全面，这样也可以推动研究工作由定性往定量方向发展。他在《十年来的综合考察》一文中指出：“在考察方法上应强调点面有机地相结合，通过面的广泛活动来了解情况，发掘问题，通过点的深入研究来解决问题，取得经验。”在他的关心和支持下建立起来的宁夏沙坡头固沙试验站、天山冰川观测试验站等，都是中国科学院最早建立起来的野外定位观测试验站，今天已经在国际上享有盛誉，对沙漠学、冰川学的研究，对当地国民经济建设，都作出了重要的贡献。为了明确地认识自然，竺可桢还要求在地学研究中引进数理化方法，及时采用有关新技术，例如可利用航空物理探矿，以飞机进行大面积考察等。他曾经以治沙工作为例，指出采用新理论、新方法在地学研究中的必要性和可能性，他说：“治沙的科学研究工作也应该充分地应用尖端科学的理论和新技术的方法，如空气动力学可以应用在航空和导弹上，也可以用在研究沙丘的形成和移动的规律上。原子反应堆产生的同位素可以应用在工业农业和医学上，亦可应用在测量沙面的湿度和促进沙生植物的生长。”
第三，要大力进行科学普及工作。认识自然、改造自然是一项群众性的事业，和人民群众切身利益休戚相关。竺可桢既注意总结群众改造自然的经验，吸取其中科学的合理的部分，更要求不断将科学研究成果向群众宣传推广，把广大群众动员起来共同参加改造自然的斗争。从1957年开始到60年代初，他根据自己在野外考察所得，先后公开发表了《雷琼地区考察报告》、《要开发自然必须了解自然》、《地理工作者应该是向地球进军的先锋》、《新疆纪行》、《让海洋更好地为社会主义建设服务》、《改造自然是我们的历史任务》等文章，深入浅出，既是科学论文，也是宣传群众、动员群众的科普文章。1960年他还为青少年撰写了《向沙漠进军》一文，得到青少年读者的热烈欢迎。由于文章深入浅出，科学内容丰富，说理透彻，一直到现在仍然是中学语文课程的范文，被公认是进行科学普及教育的优秀教材之一。
竺可桢作为中国地理学会和中国气象学会的理事长，十分注意发挥学会的作用，以促进各部门、各地区之间的学术交流，注意为生产建设服务，推动学科的进展。当时学会的学术交流活动十分活跃，每年都有一次综合性的学术年会。对于这种学术活动，竺可桢都亲自参加筹备，从确定会议的主题到论文的选择，他都要提出意见。特别是对于中国地理学会当时的工作方向，他认为地理学是一门面向各个自然要素和整个地理环境，综合性和地区性很强的科学。在当时的历史条件下，一定要利用这一特点来开展为农业生产服务的研究工作。在每次学会召开的会议上，他或者专门报告，号召气象工作者和地理工作者向大自然进军，努力解决生产实际提出的各种科学问题；或者是根据他自身研究所得，提出学术论文，引导学术界进一步讨论。竺可桢《中国的亚热带》一文，就是在1958年8月进行的中国气象学会扩大理事会上提出的。他针对当时国内外学术界对于亚热带划分的概念不一，提出中国亚热带的北界应是淮河、秦岭、白龙江一线；《论我国气候的几个特点及其与粮食作物生产的关系》一文是在1963年11月中国地理学会第三次全国代表大会暨综合性学术年会上提出的，为地理学研究农业问题并为农业生产服务，提供一个范例。竺可桢为学会工作倾注了很大心血，在“文化大革命”以前，长期以来，他每周二上午必到地理研究所定时办公，其中有相当一部分时间是和当时任中国地理学会副理事长黄秉维和副秘书长瞿宁淑讨论学会工作。
建国以来，他看到新中国建设欣欣向荣，科学事业蒸蒸日上，从亲历实践中体会到，只有在中国共产党领导下，中国科学事业才有灿烂辉煌的明天，也只有把科学事业与党的事业紧密结合在一起，才能实现自己从青年时代起树立的发展科学、振兴中华的理想。1962年6月4日，他被接受为中共预备党员。郭沫若在会上送了一首词给竺可桢，作为入党留念。词曰：“雪里送来炭火，炭火浑似熔钢。老当益壮高山仰，独立更生榜样。”入党后，他在工作中更自觉地贯彻党的方针政策，中央提出以农业为基础的国民经济总方针以后，他除了在工作中积极贯彻外，还率先研究与农业生产密切相关的气候问题，系统地总结了物候学的理论。
76岁高龄的竺可桢仍然每天工作12小时左右，他在繁重的行政领导工作和社会活动之余，仍然坚持学术研究。自1957年以后，他进入了一个新的旺盛研究时期。他利用到野外去直接考察和全面掌握综合考察最新成果的有利条件，加上博览群书，贯通古今中外，所以著述一直不断。据不完全统计，1957年以来到文化大革命以前，竺可桢公开发表的科学论文、工作报告以及反映我国科学事业发展的各种文章达60篇以上。
十年动乱带来巨大灾难，中国科学院也不例外。正常的工作秩序被打乱，科研业务工作被迫辍止。与常人相比，他在文革中被最高层列为保护对象，没有受到什么冲击，但也仅此而已，在他人生最后的8年中，基本上处在赋闲状态。令人敬佩的是，竺可桢在全社会处在动乱而极其困难的条件下，他却默默做出了同时代人无法与之相比的贡献。