В 1930 году, Н. И. Вавилов возглавил Генетическую лабораторию АН СССР в Ленинграде, а вскоре она была преобразована в Институт генетики АН СССР, который он возглавлял с 1934г. до 1940г., вплоть до своего ареста.
В 1930 году учёный организовал II Международный конгресс почвоведов в Москве, участвовал (по приглашению Корнельского университета, США) в Международной конференции по сельскохозяйственной экономике, а после неё совершил экспедицию по американскому континенту: он объехал все южные штаты США от Калифорнии до Флориды, пересёк двумя маршрутами горные и равнинные районы Мексики, Гватемалу.
На V Международном ботаническом конгрессе, проведённом в 1930 году в Кембридже, учёный выступил с докладом «Линнеевский вид как система». Он выступал также на IX Международном конгрессе по садоводству в Лондоне.
В начале 1930-х годов, будучи уже академиком и крупным научным руководителем, Н. И. Вавилов поддержал работы молодого агронома Т. Д. Лысенко, сотрудника Всесоюзного института селекционного воздействия низких положительных температур на семена. В 1931 году на совещании в Наркомземе Вавилов выступил с докладом «Новые пути исследовательской работы по растениеводству», в котором был затронут вопрос об исследовании вегетационного периода растений и возможного сокращения этого периода. Были упомянуты работы Х. А. Алларда и В. В. Гарнера, Г. С. Зайцева, в том числе Т. Д. Лысенко (из генетического института в Одессе) по яровизации – превращению озимых культур в яровые путём предпосевного. Преимуществом его экспериментов Николай Иванович считал возможность управления продолжительностью вегетационного периода и что предложенный метод будет эффективным в селекции, что позволит полнее использовать мировую коллекцию полезных растений ВИРа для выведения путём гибридизации высокопродуктивных, устойчивых к заболеваниям, засухе и холоду культурных растений. В частности, одним из главных преимуществ яровизации Вавилов считал её потенциальное использование в селекционных работах как возможное средство синхронизации цветения растений, которые не вызревали в климате Советского Союза (проблема, которую пытался решить коллектив Вавилова).
Выступая на VI Международном генетическом конгрессе в США в 1932 году, Н. И. Вавилов заявил, что: «…замечательное открытие, недавно сделанное Т. Д. Лысенко в Одессе, открывает новые громадные возможности для селекционеров и генетиков… Это открытие позволяет нам использовать в нашем климате тропические и субтропические разновидности…»
В 1932 году Н.И.Вавилова избрали вице-президентом VI Международного конгресса по генетике, проведённого в Итаке. На нём была представлена коллекция ВИРа, собранная во время последней американской экспедиции. После конгресса он объехал ряд провинций Канады и затем полгода обследовал земледельческие районы стран Центральной и Южной Америки: Сальвадора, Коста-Рики, Никарагуа, Панамы, Перу, Боливии, Чили, Аргентины, Уругвая, Бразилии, Тринидада, Кубы, Пуэрто-Рико и других, всего – 17 стран.
В итоге были опубликованы: «Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции», начали издаваться многотомные сводки «Культурная флора СССР» и «Биохимия культурных растений», было издано руководство «Теоретические основы селекции растений» (1935), «Руководство по апробации сельскохозяйственных культур», большое количество сборников и монографий. Н. В. Вавилов создал целую школу исследователей культурных растений, заслужившую признание в мировой науке.
