Ознакомившись с научными изысканиями Де Фриза, Н. В. Вавилов, вернувшись в Россию в конце марта 1922 года выступил за вовлечение науки в создание сортовых ресурсов страны, продолжил расширение Отдела прикладной ботаники, стремясь превратить его в крупный центр сельскохозяйственной науки, приглашал учёных из других городов. Работа была направлена на выявление мирового разнообразия культурных растений с целью его дальнейшего использования для нужд страны.
Отдел прикладной ботаники и селекции в 1924 был реорганизован во Всесоюзный институт прикладной ботаники и новых культур, а в 1930 – во Всесоюзный институт растениеводства (ВИР), руководителем которого Николай Иванович оставался до августа 1940.
С 1924 по 1927 год был проведён ряд внутрисоюзных и зарубежных экспедиций – Афганистан (Н. В. Вавилов вместе с Д. Д. Букиничем первыми из европейцев проникли в Нуристан – высокогорную провинцию Афганистана, в то время закрытую для иноземцев), Средиземноморье, Африка, в ходе которых учёный продолжал пополнять коллекцию образцов и изучение очагов возникновения культурных растений.
Н. И. Вавилов в воспоминаниях отмечал, что: «…путешествие было, пожалуй, удачное, обобрали весь Афганистан, пробрались к Индии, Белуджистану, были за Гиндукушем. Около Индии добрели до финиковых пальм, нашли прарожь, видел дикие арбузы, дыни, коноплю, ячмень, морковь. Четыре раза перевалили Гиндукуш, один раз по пути Александра Македонского. … Собрал тьму лекарственных растений…». Отчёт об экспедиции объёмом 610 страниц стал основой книги «Земледельческий Афганистан», написанной им совместно с Д. Д. Букиничем.
За экспедицию в Афганистан Географическое общество СССР присудило Николаю Вавилову золотую медаль имени Н. М. Пржевальского – «за географический подвиг». В 1925 году последовали экспедиции в Хивинский оазис и другие сельскохозяйственные районы Узбекистана. В последующие годы Н. И. Вавилов совершил экспедицию по странам Средиземноморья. Исследовательские работы им