Николай Константинович обратился к Сталину, через посредство Горького, с которым он был знаком еще во время стажировки в Неаполе. Ликвидаторов убрали. В результате удалось перестроить рабочие порядки и продолжить труды института. В 30-е годы институт признавался одним из центров мировой биологии. Директор пригласил своего одарённого ученика, 25-летнего Н. П. Дубинина, чтобы тот возглавил институтских генетиков. В 1933 г. появляется работа Кольцова «Проблема прогрессивной эволюции» в которой он дал и раскрыл её новую, молекулярную трактовку.
В 1934 г. Н. К. Кольцов опубликовал на русском и французском языках классическую работу «Генетика и физиология развития». Он рассматривал пути влияния окружающей среды на конечный облик организма. Экспериментальные работы учеников подтвердили новаторские представления учителя, ставшего основателем эпигенетики. Они получили ненаследуемые и наследуемые (мутации) изменения особей. В дальнейшем стержнем представлений современной эпигенетики станет кольцовское метилирование геномных молекул.
В середине 30-х годов Советский Союз вышел вперёд в изучении стратосферы. На стратостате «СССР-1-бис» на высоту 20 км, по предложению Н. К. Кольцова, были запущены подопытные дрозофилы. Кольцовцы вошли в число основоположников космобиологии. В это же время они добились больших успехов в пересадке конечностей и приживлении зубов у животных. Заметной отраслью в хозяйстве страны становилось шелководство и Кольцов начал опыты по регуляции пола у шелкопряда. Б. Л. Астауров и другие ученики успешно продолжили эту работу, получая тысячи продуктивных клонов, создав научное шелководство.
В институте развивалась генная инженерия. Перестройка хромосом позволила получать жизнеспособные искусственные виды дрозофил. Кольцовец М. А. Пешков первым в мире обнаружил у бактерий нуклеоиды. Так были названы аналоги истинного ядра в клетках высших организмов. Сотрудники продвигались в сторону выявления роли нуклеиновых кислот: в цитоплазме клеток, в тоже время Б. В. Кедровский обнаружил «кислые метаболиты» (информационную РНК). Ученики Кольцова проводили широкие поиски факторов, позволяющих получать ценные сорта растений. Среди них: традиционная гибридизация, кратное увеличение набора хромосом в геноме живой клетки, мутагенез. Наибольшие успехи были достигнуты на культурах – вике посевной и гречихе.
Кольцовец В. С. Кирпичников и его группа добились больших успехов в селекции карповых рыб. Впоследствии он, создав отечественную школу генетики рыб, получит мировую известность. Командированный в Германию Н. В. Тимофеев-Ресовский, развивая представления учителя, стал классиком мировой радиобиологии и эволюционных исследований. После войны его выдвинули на Нобелевскую премию. И. А. Рапопорт обнаружил химические мутагены. Он тоже стал нобелевским номинантом, а позже – лауреатом Ленинской премии.
В 1937 году в Москве
