Він уперше вводить елементи генетики і робить заняття настільки цікавими, що захоплює за собою молодь, будить у ній допитливість і справжній інтерес до науки. У 1912 році директор Голицинских курсів, Д. М. Прянишников, пропонує Вавілову виступити з актовою мовою. Не без хвилювання Вавілов виголошує промову за назвою "Генетика і її відношення до агрохімії", що була видана окремою брошурою. У цій мові він переконливо показує практичне значення генетики. Без генетики селекція була ще недосконала, гібридизація і штучний добір ще застосовувалися в значній мірі в сліпу, без обґрунтування законами спадковості і мінливості. Але він говорить не тільки про селекцію. Його цікавлять питання походження й еволюції культурних рослин - тема, що стане однієї з головних у його подальших дослідженнях.

Велике значення для наукової біографії Вавілова мало відрядження "для завершення утворення" в Англію в 1913 році, до самого Вільяма Бетсону - одному з творців генетики. "Основні камені величезного значення, розміри якого ми ще не в змозі охопити, закладені Бетсоном", - напише Вавілов у 1926 році. Вавілов вважає Бетсона найбільшим біологом, особистість якого "вражала своєю універсальністю, енциклопедичністю". Але такий був і сам Вавілов, учений - енциклопедист, що однаково цікавився як сугубо прикладними питаннями сільськогосподарської науки, так і найбільшими проблемами еволюційної біології. Це були багато в чому родинні душі. Їх поєднувала універсальна широта інтересів, як у науці, так і мистецтві, уміння сполучити науку з життям, терпимість у критику. Обоє вони були апостолами волі науки і вірили в те, що вона робить світ краще.

У 1914 році Вавілов переїжджає з Англії у Францію, де його зацікавила найбільша насінницька фірма Вильморенов. Будучи скоріше комерційним підприємством, вона також вела велику селекційну і насінницьку роботу і, зокрема, досліджувала хлібопекарські якості пшениці. З Франції Вавілов відправляється в Німеччину, працювати в знаменитого біолога - еволюціоніста Ернста Геккеля. Тут його застає світова війна, що почалася, і він не без праці добирається до Росії, позбавивши частини багажу з коштовними книгамІ.
Після повернення з закордонного відрядження, Вавілов у 1914 році був обраний викладачем Голицинских курсів і одночасно вів літні курси по приватному землеробству в Петроградській сільськогосподарській академії. Але викладацька діяльність у Москві не дає йому повного задоволення і майже не залишає часу для наукової праці. Тому в1917 році Вавілов вирішує переїхати в Саратов - центр вивчення сільського господарства південно-сходу Росії, де працює на Вищих сільськогосподарських курсах Саратовского суспільства сільського господарства. Тут він читає курс приватного землеробства і селекції. У липні 1918 року Вавілов призначається на посаду професора, завідувача кафедрою приватного землеробства, знову організованого Саратовского сільськогосподарського інституту.

У саратовский період, хоча він і був коротким, зійшла зірка М. І. Вавілова - ученого. Там він відібрав колектив молодих послідовників його ідей, студентів університету, і разом з ними зробив експедиційне обстеження польових культур Юго - Сходу європейської частини Росії. Результатом експедиції з'явилося опублікування першої радянської регіональної монографії по видовому і сортовому складі польових оброблюваних рослин. Книга називалася "Полев культури Юго - Сходу". Видати її удалося лише в 1922 році.
У 1918 році Вавілов настає з ініціативою організації в Саратову філії відділу прикладної ботанікІ. Незважаючи на зрозумілі для того років виняткові труднощі, Вавілов не тільки продовжує початі дослідження, але і безупинно розширює масштаби робіт із прикладної ботанікІ. Насамперед, він продовжує досвіди, початі в Петровской сільськогосподарської академії. Це, по його власних словах, "імунітет, гібриди і деякі ботаніко-географічні роботи". Вавілова, звичайно ж, особливо цікавить проблеми імунітету, особливо імунітету пшениці. Протягом багатьох століть хвороби пшениці були однієї з найважливіших перешкод гарного врожаю.

Восени 1918 року Вавілов закінчив свою роботу з імунітету рослин до інфекційних захворювань, і на початку 1919 року з ініціативи Д. М. Прянишникова вона публікується в "Звістках Петровской сільськогосподарської академії". Стаття виходить з написом: "присвячую пам'яті великого дослідника імунітету І. І. Мечникова". Проблема імунітету хвилює Вавілова протягом усього .

Великою подією в житті М. І. Вавілова й історичною подією в науці був III Усеросійський селекційний з'їзд у Саратову. Тут 4-го липня 1920 року Вавілов виступив з доповіддю "Закон гомологічних рядів у спадкоємній мінливості". Це був один із зоряних годин ученого.

У березні 1921 року Вавілов разом із групою співробітників переїжджає в Петроград. Починається новий етап у науковій, організаційній і суспільній діяльності Вавілова. Незабаром зі США приходить лист із запрошенням двох радянських учених на міжнародний з'їзд по хворобах хлібних злаків. Було ясно, що повинні їхати М. І. Вавілов і А. А. Ячевский. Але питання про поїздку зважувався не вченими, Вавілову довелося їхати в Москву, де він обходить різні заснування, пише листа, умовляє і доводить бюрократам і столоначальникам необхідність цієї поїздки. Але завдяки енергії і наполегливості Вавілова, йому вдається "пробити" цю настільки потрібну для країни поїздку.

У США Вавілова цікавлять дослідження культурних рослин і успіхи в області селекції. Його, насамперед, цікавлять роботи Бюро рослинництва у Вашингтоні. Не менший інтерес викликали й успіхи американських генетикив, особливо знаменитого Т. Г. Моргана і його співробітників, генетичні дослідження яких привертали увагу усього світу.

Після повернення, Вавілов знову з головою занурюється в наукову й організаційну роботу. Поступово він збирає навколо себе групу здатних і талановитих учених.

У 1922 році відбулася важлива