杨承宗回国后先在中国科学院近代物理所工作，钱三强所长请他担任该所第二研究大组的主任。当时该所的科研工作分为四个大组，第一大组的主任是赵忠尧，第三大组的主任是王淦昌，第四大组的主任是彭桓武。

 　　当时近代物理所人才济济，但精湛于放射化学研究的唯有杨承宗一人，又加之受西方国家的封锁和禁运，缺乏宝贵的技术资料和实验方法，工作非常困难。他亲自编写放射化学方面的教材，开设“放射化学”和“铀化学”等专业课，为那些从来没有接触过放射化学的新的大学毕业生们系统讲授放射化学专业理论知识和实验技能；后来又在北京大学和清华大学授课，为国家培养更多的放射化学人才。当近代物理所的大楼里容纳不下这支放射化学的新生大军时，杨承宗在大楼旁边筹建了全国第一个放射化学实验小楼。 1956年下半年，近代物理所从事放射化学的专业人才已从他回国时仅他和郭挺章及两位年轻大学毕业生，发展到两个研究室近30人，他则同时出任这两个研究室的主任。1958年，他又被请到刚刚组建的中国科学技术大学任放射化学和辐射化学系主任。

 　　1961年3月，杨承宗的人事关系从原子能所调到中国科学技术大学。一个星期以后，他又从中国科学技术大学借调到二机部所属第五研究所兼任副所长，主持全所业务工作。同时，他仍要在每个星期三和星期六，赶回中国科学技术大学授课和处理系里的各种事务。在两副领导的重担压力下，忙得很难见到子女一面。

 　　杨承宗刚刚到五所时，面对的是一个苏联停止援助，撤走专家，又深受极左路线和反右倾之害的大摊子，科研秩序混乱、人心涣散。垃圾、加工后的废矿渣、未破碎的矿石到处堆放，整个所区像一个破旧的工地。在这个“破旧的工地”上怎么可能研究并最终提炼出核燃料来满足第一颗原子弹试爆的需要？无怪乎二机部刘杰部长要问他：“为什么中国的原子能事业不能大踏步地前进？”并亲自把他安排到五所主持业务工作。杨承宗只好又一切从头开始。为了消除极左思潮对广大科技人员的影响，身为非党员业务副所长却要从鼓励科技人员勇攀高峰、为中国造出自己的原子弹而努力的政治思想工作开始，还要配合所内各级领导设法改善所内员工的物质生活，让他们在三年困难的特殊时期有基本的能量供应。他整顿所内的科研秩序，为五所的科学研究工作大量购买图书和增加必需的仪器设备。不久，一批世界先进水平的水冶流程、新的分析方法和新的有机材料等重大研究成果便不断地从五所产生。五所从一个烂摊子一跃而成全国一流的研究所，中国的铀工业也从无到有，开创了天然铀工业生产的历史。

 　　这期间他领导全所科技人员,在中国第一批铀水冶厂还没有建成的情况下，在五所因陋就简，自己动手建成一套生产性实验装置。经过两年多的日夜苦战，纯化处理了上百吨各地土法冶炼生产的重铀酸铵，生产出了符合原子弹原材料要求的纯铀化合物2.5吨，为中国第一颗原子弹的成功试爆提前3个月准备好铀原料物质。二机部下文给研制原子弹有功人员晋级嘉奖，但由于杨承宗的行政关系隶属于中国科学技术大学，不属于二机部，所以尽管他为此立下了汗马功劳，却与此次嘉奖晋升无缘。他从来不对别人提起过此事，即使是其子女还是在“文化大革命”之中什么事情都被抖落出来的时候才知道。 中国第一颗原子弹爆炸试验成功后，站在学科最前沿的杨承宗马上为二机部五所的前途担忧起来。他多次说：世界上没有哪个国家有像五所这样上千人规模的铀矿选冶研究所；中国的铀矿资源并不丰富，总有挖空的一天，到时没有饭吃就来不及了！原子弹不能当饭吃！五所要改变单一方向，要注意应用！今天回想起来，这是何等的远见卓识！可是忠言逆耳，他逐渐不被重用。这些劝诫也成了他在“文化大革命”中被批判的口实。 1969年底，中国科学技术大学搬迁，五所军管会不同意他留下来，杨承宗再一次从事业的高峰被迫离开，搬到安徽省合肥市。