В 1929 году Вавилов с целью изучения особенностей сельского хозяйства совершил экспедиции в страны Восточной Азии: вместе с М. Г. Поповым – в северо-западную часть Китая – Синьцзян, а в одиночку – в Японию, на Тайвань и в Корею.
В 1929 году он был назначен президентом Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени В. И. Ленина (ВАСХНИЛ), организованной на базе Государственного института опытной агрономии, который Вавилов возглавлял с 1923 года. Здесь он направил свою энергию на организацию системы научных институтов сельскохозяйственного профиля. За первые три года работы Вавилова на этом посту были созданы институты зернового хозяйства на Северном Кавказе, в Сибири, на Украине и юго-востоке европейской части страны, появились институты овощного хозяйства, плодоводства, прядильных лубо-волокнистых растений, картофельного хозяйства, риса, виноградарства, кормов, субтропических культур, лекарственных и ароматических растений и другие – всего около 100 научных учреждений. Всесоюзный институт растениеводства стал одним из головных институтов новой академии.
В 1930 году, Н. И. Вавилов возглавил Генетическую лабораторию АН СССР в Ленинграде, а вскоре она была преобразована в Институт генетики АН СССР, который он возглавлял с 1934г. до 1940г., вплоть до своего ареста.
В 1930 году учёный организовал II Международный конгресс почвоведов в Москве, участвовал (по приглашению Корнельского университета, США) в Международной конференции по сельскохозяйственной экономике, а после неё совершил экспедицию по американскому континенту: он объехал все южные штаты США от Калифорнии до Флориды, пересёк двумя маршрутами горные и равнинные районы Мексики, Гватемалу.
На V Международном ботаническом конгрессе, проведённом в 1930 году в Кембридже, учёный выступил с докладом «Линнеевский вид как система». Он выступал также на IX Международном конгрессе по садоводству в Лондоне.
В начале 1930-х годов, будучи уже академиком и крупным научным руководителем, Н. И. Вавилов поддержал работы молодого агронома Т. Д. Лысенко, сотрудника Всесоюзного института селекционного воздействия низких положительных температур на семена. В 1931 году на совещании в Наркомземе Вавилов выступил с докладом «Новые пути исследовательской работы по растениеводству»,