Огромное значение имели работы по изучению свойств и созданию новых типов столь часто упоминаемых нами кристаллофосфоров. Ныне они широко используются в экранах электронно-лучевых приборов (осциллографы, телевизионные трубки, электронные микроскопы), медицинских рентгеновских экранах, а также в люминесцентных лампах. Понимая большую практическую значимость этих веществ, Вавилов всячески способствовал развитию работ по их созданию, но вместе с тем скептически относился к кристаллофосфорам как к объектам научного исследования, считая их «грязными». При этом он шутя говорил: «Можно исследовать процессы и в гречневой каше». А по поводу создания теории свечения кристаллофосфоров иронизировал, что «это подобно созданию теории булыжной мостовой». По-видимому, по этой причине в своих собственных работах Вавилов оставался верен люминесцирующим растворам.
По инициативе Сергея Ивановича исследования кристаллофосфоров впервые были начаты в нашей стране в Физическом институте МГУ Вадимом Леонидовичем Левшиным и его аспирантом Всеволодом Васильевичем Антоновым-Романовским еще в 1932 году. Левшин писал, что Вавилов стимулировал развитие работ по фосфоресценции кристаллофосфоров.
В годы Отечественной войны Сергей Иванович, как уже упоминалось, много сделал для практического использования светящихся составов в целях светомаскировки и для решения других задач. Ему принадлежит идея применения фосфоров для обнаружения инфракрасного излучения. Она была реализована в ФИАНе под руководством Левшина. Было исследовано влияние инфракрасной радиации на оптические свойства кристаллофосфоров.
В конце сороковых годов удалось получить фосфоры, дающие интенсивную световую вспышку под действием инфракрасных лучей. Создание вспышечных фосфоров имело большое научное и практическое значение. За эти работы коллектив ученых во главе с В. Л. Левшиным в 1947 году был удостоен Премии имени академика Л. И. Мандельштама Академии наук СССР, а в 1952 году — Государственной премии СССР.
Возглавляя ГОИ, С. И. Вавилов направлял и координировал все основные исследования в области теоретической и практической оптики. Он принимал участие в разработке самых разных проблем — от выбора технологии варки и контроля качества оптического стекла до создания новейшей оптической аппаратуры. Сам он участвовал, например, в разработке методов расчета и оценки аберраций широкоугольных светосильных фотографических систем. По его инициативе еще в 1936 году в ГОИ были организованы работы по изучению дихроичных сред (одноосных кристаллов, обладающих явлением двойного лучепреломления и принимающих различную окраску в проходящем свете при взаимно перпендикулярных направлениях наблюдения). Были созданы поляризационные светофильтры, получившие широкое применение в различных оптических приборах и физических методах исследования.
Много сил Вавилов отдавал выпуску справочных пособий, необходимых практическим работникам. Так, под его редакцией вышел «Справочник по военной оптике», за ним последовал двухтомный труд «Оптика в военном деле». Книги были предназначены для командного состава Советской Армии, преподавателей и слушателей военных академий и училищ. Не менее обстоятельна была двухтомная «Справочная книга по светотехнике».
Специального рассказа требует работа Вавилова в издательстве «Машгиз». Долгие годы он был там председателем научного совета по приборостроению и членом редколлегии журнала «Приборостроение». Однако не это было главным.
Возглавлявшая Машгиз в 1943 — 1948 годах Юлия Павловна Конюшая рассказывала автору книги, что после войны, в период восстановления народного хозяйства страны, важно было как можно быстрее дать в руки советским инженерам новейшие справочники и справочные пособия. В 1947 году было принято решение в исключительно сжатые сроки издать шестнадцатитомный энциклопедический справочник «Машиностроение», в котором должны были быть обобщены самые передовые научно-технические достижения в области теории, расчета, конструирования и технологии машин, приборов, средств автоматизации и т. п.
Главным редактором справочника был назначен академик Евгений Алексеевич Чудаков. Сроки выпуска справочника в свет были установлены невиданно короткими — на написание и выпуск каждого тома отводился месяц. К изданию было привлечено более пятисот ученых и новаторов производства.