Kể từ năm 1955, ông triển khai chương trình khoa học rộng lớn kéo dài trong nhiều năm: Điều tra cơ bản khu hệ động vật, ký sinh trùng và côn trùng ở miền Bắc Việt Nam. Ông trực tiếp đảm nhận về các loài thú, tổ chức nhiều đợt đi khảo sát thực địa khắp miền Bắc. Trong 20 năm, ông đã phát hiện ra 10 loài động vật mới, người đầu tiên mô tả hai loài phụ voọc ăn lá (voọc Hà Tĩnh và voọc mào), là người đầu tiên tìm thấy loài phụ vượn đen tuyền ở vùng đồng bằng sông Hồng và vùng biên giới Đông Bắc giáp Trung Quốc. Ông đã viết hàng trăm bài báo về nguồn tài nguyên động vật hoang dã, sinh thái, sinh học, tập tính các loài động vật Việt Nam, cũng là người đầu tiên viết các khoá tra cứu phân loại các nhóm động vật: Ếch nhái, thằn lằn, rắn, rùa, cá sấu và chuột của Việt Nam. Công trình Khảo sát thú miền Bắc Việt Nam (1969) cùng với Bước đầu xác định các loài thú ở miền Nam Việt Nam của Van Penen là hai cuốn sách cơ bản nhất trong hệ thống các công trình nghiên cứu hệ động thực vật khu vực Đông Á.

Ngoài ra, ông có nhiều bài báo mang tính chiến lược: Tình hình và xu thế hiện đại của khoa học sinh thái học động vật, Cách mạng khoa học kỹ thuật trong sinh vật học hiện đại, Các ngành sinh vật học với nhiệm vụ cách mạng, Triển vọng của ngành sinh vật học Việt Nam... Ông cũng quan tâm đến vấn đề môi trường với những bài báo như: Về một kế hoạch phát triển giáo dục môi trường ở Việt Nam; Thực hiện cho được giáo dục môi trường ngoài nhà trường, Về việc xây dựng các vườn quốc gia và khu dự trữ thiên nhiên, Con người và thiên nhiên, Quy hoạch và quản lý rừng của đất nước, Một số suy nghĩ về xây dựng và phát triển kinh tế miền núi Tây Bắc Việt Nam, Vài suy nghĩ về trồng cây gây rừng, Tình trạng nguồn lợi động vật hoang dại ở Việt Nam.... Tháng 4 năm 1974, ông đã có báo cáo: Một vấn đề lớn về môi trường đặt ra ở miền Nam Việt Nam tại hội thảo quốc tế về bảo vệ môi trường tại Hereeo Novi.

Với hàng chục năm nghiên cứu và giảng dạy, ông là một trong những người xây dựng nền móng cho sinh học Việt Nam. Tác phẩm chính: Động vật có xương sống (1971), Khảo sát thú miền Bắc Việt Nam (1969), Hỏi đáp về động vật (1973) cùng 94 bài báo trên các tạp chí chuyên ngành bằng tiếng Anh, tiếng Pháp, tiếng Nga và tiếng Việt.