браке в 1918 году родился его первый сын – Олег, который окончил физический факультет МГУ, защитил кандидатскую диссертацию, но вскоре после этого погиб при альпинистском восхождении на Кавказе.
В 1917 году в Саратове Николай Иванович познакомился со студенткой Еленой Барулиной, которая участвовала во многих инициативах своего учителя. Так, Елена Барулина принимала участие в экспедиции Вавилова по юго-востоку России, которая была организована в августе 1920 года. Сразу же после экспедиции Николай Вавилов принялся за книгу «Полевые культуры Юго-Востока», для которой Е. И. Барулина написала статью «Дыни Юго-Востока», она была биологом, доктором сельскохозяйственных наук, его единомышленником. Вскоре Елена Ивановна стала его женой. В этом браке родился (1928) второй сын, Юрий – физик-ядерщик, доктор физико-математических наук, впоследствии много сделавший для поиска и публикации сведений об отце.
По окончании института в 1911 году Н. И. Вавилов был оставлен для подготовки к профессорскому званию на кафедре частного земледелия, которую возглавлял Д. Н. Прянишников. Был прикомандирован к Селекционной станции института, которой руководил селекционер Д. Л. Рудзинский, где начал исследование иммунитета культурных растений к паразитическим грибам. Одновременно преподавал в институте и на Голицынских высших женских сельскохозяйственных курсах.
С целью более широкого ознакомления с систематикой и географией культурных злаков и их болезней в течение 1911—1912 годов Николай Вавилов прошёл стажировку в Санкт-Петербурге, в Бюро прикладной ботаники, а также в бюро по микологии и фитопатологии.
В 1913 году Вавилов был направлен за границу для завершения образования. Во Франции в фирме Вильморенов он знакомился с новейшими достижениями селекции в семеноводстве, в Йене (Германия) работал в лаборатории Эрнста Геккеля, а в Мертоне (Англия) – до 1914 года в генетической лаборатории Института садоводства имени Джона Иннеса под руководством одного из крупнейших генетиков того времени профессора Уильяма Бейтсона, где продолжил исследование иммунитета хлебных злаков, и в лаборатории генетики Кембриджского университета у профессора Реджиналда Паннета (англ. Reginald Punnett).
В 1915 году Николай Вавилов начал заниматься изучением иммунитета растений. Изданная в 1919 году монография «Иммунитет растений к инфекционным заболеваниям» содержала критический анализ мировой литературы и результаты собственных исследований.
Из-за дефекта зрения (в детстве он повредил глаз) Вавилов был освобождён от военной службы, но в 1916 году его привлекли в качестве консультанта по вопросу массового заболевания солдат русской армии в Персии. Он выяснил причину заболевания, указав на то, что в местную муку попадают частицы семян плевела опьяняющего, а с ним гриб Stromatinia temulenta, который вырабатывает алкалоид темулин – вещество,
