Но гомологические ряды и центры происхождения культурных растений — не единственные открытия Вавилова. Ученый разработал основы селекции растений — науки о выведении новых сортов. Он опубликовал около 300 научных работ по селекции, земледелию, географии, организации сельского хозяйства. Николай Иванович вырастил новое поколение селекционеров. Он постоянно продуцировал новые идеи. Благодаря ему появилась агроэкологическая классификация культурных растений, которая базировалась не на внешних признаках — остях и пленках, а на важнейших биологических и хозяйственных. Вавилов разработал систему циклических скрещиваний, которая позволяла вскрыть весь наследственный потенциал вида. Вместе с сотрудниками ВИРа подготовил фундаментальный труд «Теоретические основы селекции» (1935–1937 гг.), признанный крупнейшим и современнейшим в мире руководством. В 1930-е гг. Вавилов все больше внимания уделял развитию генетики — науки о законах наследственности и изменчивости организмов. В 1930 г. Николай Иванович возглавил первое в стране академическое учреждение, занимавшееся вопросами генетики, — лабораторию, через три года ставшую Институтом генетики АН СССР. Он избирался также иностранным членом Чехословацкой, Шотландской, Индийской, Германской академий наук, Линнеевского общества в Лондоне, Американского ботанического общества. Да и на родине обязанностей у Вавилова было предостаточно. Так, он писал своему сотруднику Н. Тулайкову: «Только что кончил ревизию 25 опытных учреждений Ср. Азии и Кавказа и еженедельно получаю задания от правительства и разных наркоматов…» Он был членом созданной В. Вернадским Комиссии по изучению естественных производительных сил России (КЕПС), членом комитета по химизации и многих других комиссий, комитетов и научных обществ.
И только когда заканчивалась государственная и общественная деятельность, Вавилов приступал к настоящей — научной — работе. Величие ученого было очевидно, именно поэтому он стал объектом жестокой травли и недостойной критики со стороны Т. Д. Лысенко, И. И. Презента и их единомышленников. Полемизируя с Лысенко, Вавилов подчеркивал свое расположение к молодому, энергичному и увлеченному своими идеями новатору. Он надеялся, что малообразованный, но в общем-то талантливый Трофим Денисович с годами освободится от своих заблуждений и начнет отличать зерна от плевел. Николай Иванович пытался спасти подающего надежды ученого, но Лысенко, считавший себя мессией биологических наук, твердил, что его яровизацию «зажимают», а ведь он обещал завалить страну хлебом буквально за несколько лет. Единственно, что у него хорошо получилось, так это то, что он внес разлад в спаянный вавиловский коллектив. Вавилов убеждал и аргументировал, Лысенко и иже с ним голословно разоблачали, клеветали, требовали наказать несогласных с их «светлыми идеями».
Отвечать на личные выпады у Вавилова просто не было времени. Бесконечно терпимый к инакомыслию, он не обратил внимания на характеристику, данную Лысенко В. Федоровичем: «Если судить о человеке по первому впечатлению, то от этого Лысенко остается ощущение зубной боли, — дай Бог ему здоровья, унылого он вида человек. И на слово скупой и лицом незначительный, — только и помнится угрюмый глаз его, ползающий по земле с таким видом, будто по крайней мере собирался он кого-нибудь укокать». Да, этот человек оказался страшнее зубной боли, и «укокал» он не только Вавилова и его сторонников, но и всю советскую генетику.
Критики заявляли, что ВИР оторван от жизни, что теоретические работы Вавилова и его сподвижников бесплодны, противоречат дарвинизму и даже реакционны. К Лысенко примкнули ученые-неудачники, и травля приняла всесоюзный масштаб, выплеснувшись на страницы печати. И пока Николай Иванович решал вопросы о необходимости скорейшего развития частной генетики, т. е. генетики отдельных культурных растений и животных, лысенковцы обивали начальственные пороги в «поисках справедливости».
Всю серьезность своего положения Вавилов почувствовал только в 1935 г., когда было признано нежелательным празднование 25-летия его творческой деятельности и 10-летия ВИРа. Пришлось даже отменять приглашения, отосланные зарубежным коллегам. Но в 1937 г. ученому все же удалось провести в СССР Международный конгресс генетиков, организованный на базе созданного им Института генетики. А вот поездки Николая Ивановича за границу прекратились по воле Сталина, который негласно поддерживал Лысенко. На встрече с группой научных работников Иосиф Виссарионович сказал, что русским ученым следует думать не о заграничных поездках, а об урожае.