В. уделял много внимания продвижению земледелия в неосвоенные районы Севера, полупустынь и высокогорий. Проблема интродукции новых культур оказалась в значительной степени разрешенной для влажных и сухих субтропиков СССР. По инициативе В. в стране стали выращивать новые ценные культуры: джут, тунговое дерево, многие эфирномасличные, лекарственные, дубильные, кормовые и др. растения. В 1919 обосновал учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям, показав селекционерам возможности выведения иммунных сортов, среди которых особое значение имеют сорта, одновременно иммунные к нескольким заболеваниям и устойчивые против вредителей. В 1920 сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (см. Гомологических рядов закон ) у близких видов, родов и даже семейств. Этот закон показывает одну из важнейших закономерностей эволюции, состоящую в том, что у близких видов и родов возникают сходные наследственные изменения. Пользуясь этим законом, по ряду морфологических признаков и свойств одного вида или рода можно предвидеть существование соответствующих форм у др. вида или рода. Закон облегчает селекционерам поиски новых исходных форм для скрещивания и отбора.
В. дал определение линнеевскому виду как обособленной сложной подвижной морфо-физиологической системе, связанной в своём генезисе с определённой средой и ареалом (1930). В. обосновал эколого-географические принципы селекции и принципы создания исходного материала для селекции и др.
По инициативе В. был организован ряд новых научно-исследовательских учреждений. Так, в системе ВАСХНИЛ были созданы: институт зернового хозяйства Юго-Востока Европейской части СССР; институт плодоводства, овощеводства и субтропических культур; институты кормов, кукурузы, картофеля, хлопководства, льна, конопли, масличных культур, сои, виноградарства и чайного дела. В. создал школу растениеводов, генетиков и селекционеров.
За научно-исследовательские работы в области иммунитета, происхождения культурных растений и открытие закона гомологических рядов В. присуждена премия им. В. И. Ленина (1926), за исследования в Афганистане — золотая медаль им. Н. М. Пржевальского; за работы в области селекции и семеноводства — Большая золотая медаль ВСХВ (1940). В. был подлинным трибуном науки. Широко известна его борьба против псевдонаучных концепций в биологии, за развитие в СССР генетики— теоретической базы растениеводства и животноводства. Он представлял советскую науку на многих съездах и международных конгрессах.
В. состоял членом и почётным членом многих зарубежных академий, в том числе Английской (Лондонское королевской общество), Индийской, Аргентинской, Шотландской; был избран членом-корреспондентом АН в Галле (Германия) и Чехословацкой академии, почётным членом Американского ботанического общества, Линнеевского общества в Лондоне, общества садоводства Англии и др.
Научная деятельность В. была прервана в 1940. В 1965 учреждена премия им. В. В 1967 имя В. присвоено ВИРу. В 1968 учреждена золотая медаль имени В., присуждаемая за выдающиеся научные работы и открытия в области сельского хозяйства.
Соч.: Центры происхождения культурных растений, «Труды по прикладной ботанике и селекции», 1926, т. 16, в. 2; Проблемы новых культур, М. — Л., 1932; Научные основы селекции пшеницы, М. — Л., 1935; Учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям, М. — Л., 1935; Линнеевский вид как система, М. — Л., 1931; Селекция как наука, М. — Л., 1934; Ботанико-географические основы селекции, М. — Л., 1935; Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, 2 изд., М. — Л., 1935; Учение о происхождении культурных растений после Дарвина, «Советская наука», 1940, № 2; Мировые ресурсы сортов хлебных злаков... Опыт агроэкологического обозрения важнейших полевых культур, М. — Л., 1957; Мировые ресурсы сортов хлебных злаков... Пшеница, М. — Л., 1964; Избр. труды, т. 1—5, М. — Л., 1959—65 (в т. 1 приведена библиография трудов В.); Избранные произведения, т. 1—2, Л., 1967.