Sau khi Pháp nổ súng tái chiếm Đông Dương, ông cùng các cộng sự lên Chiến khu Việt Bắc, tham gia công tác xây dựng cơ bản để biến Việt Bắc trở thành thủ đô kháng chiến. Năm 1947, ông cùng với các kiến trúc sư Nguyễn Cao Luyện, Trần Hữu Tiềm, Hoàng Như Tiếp, tham gia thành lập Đoàn Kiến trúc sư Việt Nam, tiền thân của Hội Kiến trúc sư Việt Nam ngày nay.

Năm 1951, ông được chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa cử đi học tại Liên Xô. Năm 1955, ông về nước và làm việc tại Bộ Kiến trúc, trực tiếp chủ trì lập đồ án Quy hoạch Thủ đô Hà Nội với sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô. Tiểu khu nhà ở Kim Liên do ông thiết kế, lần đầu được xây dựng tại thủ đô, có thể coi là cái mốc khởi đầu trong lĩnh vực thiết kế và xây dựng nhà ở của ngành xây dựng Việt Nam.

Năm 1961, ông được cử làm Trưởng đoàn chuyên gia Việt Nam sang giúp Chính phủ Lào thiết kế, quy hoạch và chỉ đạo xây dựng thành phố Khăng Khay (nay thuộc tỉnh Xiêng Khoảng).

Sau khi về nước, ông tiếp tục đảm nhiệm những chức vụ quan trọng của ngành kiến trúc và xây dựng như Ủy viên Ủy ban Kiến thiết cơ bản Nhà nước, Vụ trưởng Quy hoạch đô thị - nông thôn, Cố vấn Chủ nhiệm Ủy ban Xây dựng cơ bản Nhà nước. Ông còn là Ủy viên thường vụ, Bí thư Đảng đoàn Hội Kiến trúc sư Việt Nam, Tổng biên tập Tạp chí Kiến trúc và tham gia giảng dạy tại các trường ĐH Kiến trúc, ĐH Xây dựng. Ông cũng đã tham gia chỉ đạo thiết kế nhiều công trình lớn tiêu biểu như Quy hoạch Khu trung tâm Hà Nội, Trụ sở Quốc hội và có nhiều công trình nghiên cứu về lý luận kiến trúc như tính dân tộc trong kiến trúc, về thiết kế và quản lý đô thị nông thôn.

Ông cũng tham gia giảng dạy tại các trường đại học. Năm 1984, ông được Nhà nước Việt Nam phong hàm Giáo sư.

Là một trong số ít các tác giả đi sâu nghiên cứu về lịch sử kiến trúc Việt Nam, ông đã cho xuất bản nhiều tác phẩm về lý luận kiến trúc Việt Nam, đặc biệt là tác phẩm Lịch sử kiến trúc Việt Nam, được giới khoa học xã hội và kiến trúc đánh giá cao, là cuốn sách gối đầu giường của sinh viên các trường kiến trúc. Với tác phẩm này, ông đã được Nhà nước Việt Nam trao tặng Giải thưởng Nhà nước về Văn học Nghệ thuật.

Ông mất năm 2003 tại Hà Nội.

Hiện nay, tên của ông được đặt cho một tuyến phố ở quận Long Biên, thành phố Hà Nội, nằm trong khu đô thị Việt Hưng.