А спустя несколько лет Вавилов организовал еще более масштабные опыты: одни и те же сорта, собранные в разных странах, а потому существенно отличающиеся друг от друга, высевали и выращивали в 115 различных по природным условиям пунктах СССР. Наблюдения проводили по таким признакам, которые потом, сложенные воедино, позволили составить «агроэкологический паспорт» каждого сорта: продолжительность фаз роста и развития, длина вегетационного периода, отношение к переменам температуры, длине дня, к увлажненности почвы и воздуха, устойчивость к болезням и т. д. И несмотря на кажущееся разнообразие и многоликость проводимых опытов, сложность анализа их результатов, были четко выявлены основные закономерности, позволившие произвести новую, более обоснованную в научном отношении и объективно более точную агроэкологическую классификацию в растительном мире. Благодаря генетическим, физиологическим, цитологическим, морфологическим и другим анализам и сравнениям были определены не только новые разновидности, но и новые линнеевские виды.
Придание растениям и животным новых, более «высоких» биологических свойств и технологических качеств всегда было своего рода «частным делом», иначе говоря, проявлением таланта, особой, специфической одаренности «людей с зелеными пальцами» — селекционеров. За последние три века, несмотря на огромные достижения и открытия во всех областях науки и техники, несмотря на огромные перемены в самой жизни, в быту людей, несмотря на резко возросшие возможности «уплотнять» время, использовать его более продуктивно, в селекционной практике мало что изменилось. По словам Н. И. Вавилова, и в начале XX века она так и оставалась искусством — ювелирным искусством.
Эффективнее и быстрее пошла селекция, когда стали осознанно и целенаправленно вызывать изменение наследственных свойств путем переопыления между собой специально подобранных растений, разных сортов и даже видов и родов. Особо выдающиеся и подчас неожиданные результаты давали отдаленные скрещивания, и наиболее ярко это проявилось при гибридизации плодовых, ягодных и овощных культур.
Чтобы поднять урожаи полевых культур, требовались новые сорта. Дать их могла только селекция. И Вавилов на этом сосредоточивает особое внимание сотрудников института, выступает в печати с работами «Основные задачи советской селекции растений и пути их осуществления» и «Селекция как наука». По мнению Вавилова, «роль селекции как искусства в значительной мере закончилась». Необходимо в кратчайшее время развернуть большую практическую работу, выковать на практике серьезную методологию, теорию действия, теорию подбора пар для скрещивания, для управления процессом создания новых форм.
Дело это исключительной сложности, ведь перестраивать приходится живой организм, воздействуя на сам механизм передачи наследственности. Особенности устройства и деятельности исходного механизма передачи наследственных свойств новому поколению, сконцентрированного в ядерном веществе половых клеток, являлось самой малоизученной, а потому самой сложной для всех селекционеров сферой биологии.
Н. И. Вавилов активно собирал кадры исследователей. Так, он пригласил приехать на работу в СССР молодого болгарского генетика Дончо Костова, получившего хорошую подготовку в Германии, американского профессора Г. Мёллера — ученика знаменитого Томаса Моргана.
Николай Иванович надеялся, что вскоре в Москве для Института генетики АН СССР построят специальное здание с современными, хорошо оснащенными лабораториями, где можно будет вести самые сложные генетические исследования, появятся оранжереи, виварии, опытные сады и поля. Была даже проведена дискуссия на тему «Каким должен быть Институт генетики Академии наук?». На ней Вавилов, директор института, сказал так: «…Совершенно бесспорно из всего хода развития естествознания видно, что была глубочайшей ошибкой задержка теоретических изысканий. Теоретические исследования, значимость которых еще не вполне ясна для практики сегодня, приобретают огромную значимость завтра, как показывает весь мировой опыт физики, химии и биологии.
…В кратчайшее время, — считал Вавилов, — селекции надо провести основательные мосты к генетике, нужно сделать селекционную работу генетически более осмысленной».