1953年開始冬小麥的物候觀測工作，繼而又進行了棉花、水稻的物候觀測。

1955年選聘為中國科學院院士（學部委員），兼任生物學地學部主任。

1955年6月，時任中科院院長郭沫若在學部成立大會的報告中，正式提出了要在院內(nèi)設置一個“綜合考察工作委員會”，專門負責綜合性的考察工作，以適應全院日益繁重的綜合考察任務。在竺可楨的推動下，1956年1月1日，“綜合考察工作委員會”正式成立，竺可楨親自擔任了委員會主任。

1957年起把農(nóng)作物物候的觀測工作推向了全國。

1961年，在竺可楨的指導下，由中國科學院地理研究所主持建立了全國物候觀測網(wǎng)，制定了物候觀測方法（草案），確定國內(nèi)共同物候觀測種類。

1962年6月，他以72歲高齡加入中國共產(chǎn)黨。

1963年，他聯(lián)合其他科學界代表由他領銜向人民代表大會呼吁開展自然保護工作。

1964年，竺可楨發(fā)表了《論我國氣候的特點及其與糧食生產(chǎn)的關系》，分析了光、溫度、降雨對糧食的影響，提出了發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多設想。毛澤東看到此文非常高興，專門請竺可楨到中南海談。對他說：“你的文章寫得好??！我們有個農(nóng)業(yè)八字憲法，只管地，你的文章管了天，彌補了八字憲法的不足。”

文化大革命期間，他是中科院惟一一個可以不參加中科院黨組活動的黨員副院長，由于周恩來的保護，他沒有直接受到暴力沖擊。整個“文革”期間，他既沒有受到正面批判斗爭，也沒有遭到抄家之禍。