«Да, Владимир, принимают тебя в СССР с большим почетом. Ты представляешь собой ценность как ученый, обходиться с тобой нужно деликатно, поскольку в твоем кармане лежит американский паспорт. Представим теперь, что ты поменял этот паспорт на „краснокожую паспортину“. Для кого-то ты будешь уважаемым человеком, сумевшим изобрести нечто очень важное. Для многих же других ты останешься, во-первых, сыном купца первой гильдии, во-вторых, бывшим белым офицером, в-третьих, в недавнем прошлом американским гражданином, имевшим тесные связи с миром буржуазии. При неблагоприятном стечении обстоятельств даже одного из этих пунктов будет достаточно, чтобы ты оказался далеко от обещанных тебе лабораторий и квартиры. Вспомни процесс Промпартии и поверь мне, дело этим процессом не ограничится. Риск очень большой, я лично считаю твое желание вернуться в Россию неразумным».
Мнение близких родственников, знающих ситуацию в стране не понаслышке, а изнутри, умеющих отделить фасад сталинской системы от реальной жизни в стране, убедило Владимира Козьмича не совершать опрометчивых поступков. Да и последующее разрастание репрессий в СССР вызвало в памяти события революции и Гражданской войны, в которых он принимал непосредственное участие и чудом остался жив. Ученый решил воздержаться от поездок на родину даже по служебным делам. Начавшаяся вскоре Вторая мировая война и некоторые другие события привели к тому, что вновь побывать на родине он смог только через двадцать с лишним лет, в 1959 году.
В 1935 году фирма RCA заключила крупный договор с Народным комиссариатом электропромышленности СССР, в соответствии с которым поставлялись технологическая документация и материалы, оборудование для производства электровакуумных приборов, аппаратура для оснащения первого советского центра электронного телевидения и т. д. Вопросы, связанные с реализацией договора, Зворыкин обсуждал в последний раз в Ленинграде и Москве в 1936 году.
В 1938-м, благодаря усилиям советских и американских специалистов, в том числе и Зворыкина, в Москве запущена первая телестанция, а также налажен серийный выпуск телевизоров «ТК-1» с кинескопом его конструкции. На первых порах пользоваться этим телевизором было нелегко. Для качественной настройки приходилось регулировать 14 ручек, что требовало определенных навыков и технических знаний. Поэтому первые телевизоры обслуживались работниками телецентров.
Во второй половине 30-х годов Зворыкин занимается в основном проблемами электронной оптики, проводя исследования и разработки совместно с И. Ленгмюром, Дж. Мортоном, Л. Мальтером и другими известными специалистами. Работа в области электронно-оптических преобразователей привела к созданию прибора ночного видения, работающего в диапазоне инфракрасного излучения. В период Второй мировой войны приборы ночного видения конструкции Зворыкина использовались армией США для оснащения танков и военного транспорта, а также в качестве прицелов. Помимо приборов ночного видения в его лаборатории создаются телевизионные бортовые устройства для наведения на цель бомб и ракет, приборы для систем радиолокации и др.
В лаборатории Зворыкина были созданы также ортикон, видикон, суперортикон и ряд других приборов. Начиная с 1939 года Зворыкин вместе со своим помощником Дж. Хиллиером занимался разработкой электронных микроскопов, достигнув в короткие сроки значительных результатов. Еще в 1939 году у Зворыкина появилась идея усовершенствования оптического микроскопа. Он решил заменить обычный свет потоками электронов. После войны группа исследователей под его руководством создала промышленный образец электронного микроскопа, который давал увеличение в миллионы раз. На основе этой конструкции в 1981 году был создан сканирующий микроскоп, который позволил увеличивать предметы с сохранением их объемного образа. Благодаря этим приборам ученые смогли определить структуру вируса и создать средства борьбы с некоторыми опаснейшими заболеваниями.
В годы войны правительство США привлекло В. К. Зворыкина как ведущего русского специалиста к формированию поставок по ленд-лизу радиолокаторов, «студебеккеров», «виллисов» и другой техники, а его жена Катя участвовала в программе поставок пенициллина, спасшего многие тысячи жизней раненых и вернувшего их к жизни и на фронт. В 1964 году В. К. Зворыкин приезжал в СССР и на научной конференции во Всесоюзном онкологическом центре на Каширском шоссе демонстрировал свою радиопилюлю — одно из первых достижений его лаборатории в центре медицинской электроники корпорации RCA в Принстоне. Двигаясь по пищеварительному тракту, пилюля измеряла кислотность и температуру и передавала данные по радиоканалу. С легкой руки Зворыкина это направление сложились в самостоятельную отрасль — медицинскую электронику. Даже после того, как в 1954 году Владимир Козьмич официально ушел в отставку, получив титул почетного вице-президента корпорации, он продолжал интенсивную научную работу и очень продуктивную инженерную деятельность, особенно в области медицинского приборостроения. Круг его интересов чрезвычайно широк: не только диагностическая техника, но и информационно-поисковые системы, компьютерное предсказание погоды, автоматизация управления транспортом и многое другое.