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归国后，丁颖在广东公立农专任教。他给自己约法三章：不涉足官场；不积累财产；只当一名教员。
在当时的旧中国，很多农民宁愿相信老天爷，向神灵祈祷，也不愿意相信现代农科知识。丁颖通过翻阅农书古籍、开辟试验田等方式，编书讲义，教育学生，撰写论文，钻研稻作科学。
他首先遇到的，是如何编写出适合我国国情的水稻栽培学讲义问题。当时，国内连一点现成的试验研究资料都没有，他又不甘于照抄外国的资料，于是就认真从我国古农书中搜集有关品种栽培的经验记载，同时面向生产、面向群众，到乡下去向农民请教，了解农民的生产经验和生产上存在的问题。
他认为：“传统农法中积累了许多优越经验和蕴藏着许多科学道理。”有一次编写讲义，对于铲秧和拔秧的比较生育问题，自己也不甚清楚，就去虚心向农民请教，并把农民的解释写进了讲义。
也是在这一时期，丁颖从古籍中发现若干证据，提出了中国水稻原产华南而并非印度的观点。在20多年的时间里，丁颖孜孜不倦地研究，发表了20余篇相关论文，成为第一个系统科学地论证中国水稻起源和演变的农学家。在他的扎实研究面前，国际上许多学者改变了观点。
在理论研究的同时，丁颖决心培养水稻良种加以推广。1926年，丁颖在广州东郊犀牛尾的水塘里发现了一棵野生水稻，他把这棵野稻种子收获、播种、观察，并与农家品种“竹粘”杂交，在1933年育成“中山一号”，创下了世界上第一个把野生稻抵抗恶劣环境的基因转移到栽培稻的成功先例。“中山一号”抗逆性强、适应性广，被推行育种生产半个多世纪，为我国粮食增产做出了巨大贡献。
到抗日战争爆发前，丁颖已经培育出近百个新品种，为解决中国几亿人民的吃饭问题，尽了一个科学家最大的责任。