Вспоминая об этих годах, академик И. М. Франк писал: «Большая удача встретить на своем жизненном пути человека, который не говорит: «Ничего не выйдет», но вместо этого способен дать совет, который поможет направить работу так, чтобы она вышла. С. И. Вавилов всегда мог дать такой совет, а эта способность гораздо более ценная, чем просто благожелательное отношение».
Развитие молодого института не раз искусственно тормозилось, на его пути постоянно вставали неожиданные трудности. И. М. Франк вспоминал: «Первые шаги в ядерной физике в институте были нелегкими. Институт нередко обследовали и критиковали. Если это была ведомственная комиссия, то она отмечала, что, поскольку ядерная физика наука бесполезная, то нет оснований для ее развития. При обсуждении в Академии наук мотив критики был иной. Ядерной физикой не занимается здесь никто из признанных авторитетов, а у молодых ничего не выйдет. ...Критике подвергался и сам Вавилов за работу Черенкова. Однако Сергей Иванович был непреклонен, и исследования в области ядерной физики в ФИАНе энергично развивались. Отсутствие признанных авторитетов не смущало Вавилова. Он всегда делал ставку на молодежь. Глубоко поверив в способности и талант молодого сотрудника, он настойчиво продвигал его и активно способствовал его научным успехам. Не случайно поэтому, что из вавиловской школы вышло затем много ведущих ученых».
Вавилов любил беседовать с молодым теоретиком, будущим академиком Моисеем Александровичем Марковым, с которым часто обсуждал новейшие проблемы ядерной физики. Их разговоры иногда длились часами. При этом Сергей Иванович нередко спрашивал: «Ну, что там у вас, какие чувствуются флюиды?», имея в виду новости в области элементарных частиц. Он зажигал папиросу, усаживался поудобнее, давая понять, что пора начинать обстоятельную беседу. При этом как-то сама собой создавалась непринужденная, доверительная атмосфера.
Узнавая об открытии новой элементарной частицы, Сергей Иванович шутил: «Что ни сезон, то новый мезон». Марков вспоминал, что Вавилов обладал удивительным умением почувствовать те проблемы, которые в настоящее время больше всего занимают собеседника. С ним было очень легко говорить о новых идеях, которые пока не удавалось до конца четко сформулировать. В таких случаях он любил цитировать своего любимого «Фауста»: «Словами диспуты ведутся, из слов системы создаются».
Сергей Иванович Вавилов оказал влияние на жизнь такого замечательного ученого, как Игорь Васильевич Курчатов. Он вовремя разглядел этого талантливого физика и способствовал его первым успехам. В 1934 году, когда в стране были введены ученые степени докторов и кандидатов наук, Сергей Иванович вместе с Абрамом Федоровичем Иоффе возбудил ходатайство перед Высшей аттестационной комиссией о присуждении Курчатову ученой степени доктора физико-математических наук без защиты диссертации. Ходатайство было удовлетворено, и Курчатов получил за совокупность своих работ в области диэлектриков, открытие сегнетоэлектричества и изучение газового разряда докторскую степень. Точно так же в январе 1939 года по представлению С. И. Вавилова известный физик, член-корреспондент Академии наук СССР Петр Леонидович Капица был избран академиком.
В сентябре 1933 года в Ленинградском физико-техническом институте была созвана 1-я Всесоюзная конференция по атомному ядру. Она была приурочена к пятнадцатилетию института. На конференцию помимо советских ученых съехалось много именитых иностранцев. В ее работе принял деятельное участие и С. И. Вавилов, который был в ее президиуме. Обсуждавшиеся проблемы еще больше утвердили его в том, что общее направление исследований физического отдела выбрано правильно.
Молодые силы внесли живую струю в жизнь отдела. Обновилось и пополнилось оборудование лабораторий, регулярно работали коллоквиумы. В отделе были выполнены важные исследования. Аспирант С. И. Вавилова П. А. Черенков в 1933 — 1934 годах открыл новый вид свечения, названный впоследствии излучением Вавилова — Черенкова, Н. А. Добротиным был выяснен закон соударения нейтронов и протонов, Б. М. Вул установил диэлектрическую прочность газов, С. А. Арцыбашев разработал метод окраски кристаллов и т. д.
В 1934 году было принято решение о переводе Академии наук СССР из Ленинграда в Москву. К этому моменту произошло окончательное разделение Физико-математического института на Математический институт имени В. А. Стеклова и Физический институт Академии наук, которому, по предложению С. И. Вавилова, было присвоено имя П. Н. Лебедева. По словам Сергея Ивановича, именем Лебедева старая, академическая физика как бы связывалась с новой. Одним из первых в столицу переехал Физический институт. Для него было отведено здание бывшего Института физики и биофизики Наркомздрава РСФСР на 3-й Миусской улице.
Перевод ФИАНа в Москву сильно усложнил работу Сергея Ивановича, так как было принято решение оставить его на посту научного руководителя ГОИ. Вавилов продолжал жить в Ленинграде. В течение почти восьми лет он по два-три раза в месяц приезжал в Москву для руководства работой ФИАНа. Сергей Иванович никогда не жаловался на то, что «сидит на двух стульях». Профессор Мария Александровна Константинова-Шлезингер рассказывала, что он не тяготился постоянными переездами. Он говорил ей, что научился хорошо отдыхать в поезде. С вокзала Вавилов сразу же отправлялся по делам, так что через полчаса после прибытия из Ленинграда «Красной стрелы» его низкий негромкий голос можно было слышать или в ФИАНовских лабораториях, или в Академии наук, или в издательстве.
ФИАНу было предоставлено по тем временам довольно большое здание. Открылись возможности для более широкого проведения научных исследований. Однако вновь возникла острая необходимость пополнения института высококвалифицированными кадрами, так как из Ленинграда в Москву согласилось переехать лишь тридцать человек.
В то время единственным крупным физическим учреждением в Москве был Физический институт Московского университета. С. И. Вавилов пригласил оттуда в ФИАН многих ученых. В ФИАНе начали работать Дмитрий Иванович Блохинцев, Владимир Иосифович Векслер, Григорий Самуилович Ландсберг, Вадим Леонидович Левшин, Михаил Александрович Леонтович, Леонид Исаакович Мандельштам, Петр Александрович Ребиндер, Сергей Николаевич Ржевкин, Игорь Евгеньевич Тамм и другие известные физики.
Член-корреспондент Академии наук СССР Евгений Львович Фейнберг вспоминал, как кто-то сказал: «Замечательный человек Сергей Иванович, не побоялся взять таких крупных ученых, не слабее его самого». Жизнь показала, что обстановка взаимного доверия и уважения, созданная Вавиловым в ФИАНе, исключила возможность зависти, ссор, конфликтов.
В ФИАНе быстро развернулась исследовательская работа. Было создано девять лабораторий: атомного ядра (Д. В. Скобельцын), физики колебаний (Л. И. Мандельштам), физической оптики (Г. С. Ландсберг), спектрального анализа (С. Л. Мандельштам), физики диэлектриков (Б. М. Вул), теоретической физики (И. Е. Тамм), акустики (сначала С. Н. Ржевкин, а с 1940 года Н. Н. Андреев), поверхностных явлений (П. А. Ребиндер). С. И. Вавилов возглавил лабораторию люминесценции.
В мае 1935 года Сергей Иванович был командирован за границу для ознакомления там с постановкой научных исследований в области оптики и с организацией работ в оптической промышленности. Поездка продолжалась два с половиной месяца. Вавилов посетил оптические лаборатории и заводы Парижа, Берлина, Иены, Варшавы, Вены, Флоренции, Рима, Милана, Генуи и Брюсселя.
В Европе он сделал несколько научных докладов. Особенно значительным было его сообщение на совместном заседании Национального оптического института и Итальянской электротехнической ассоциации во Флоренции, где он рассказал о своих работах по квантовым флуктуациям света, а также осветил исследования по оптике в Советском Союзе. Вспоминая об этом выступлении С. И. Вавилова, директор Национального оптического института В. Ронки писал: «Вавилов во многом оказался эрудированнее нас. Он знал такие вещи, о которых мы даже не слышали. Кроме того, он прекрасно владел языками и был вообще всесторонне развитым человеком». Вавилов принял участие и в работе IX Международного конгресса по научной фотографии и Астрономического конгресса в Париже.
Много времени Сергей Иванович посвятил работе в итальянских и французских библиотеках в связи с тем, что ему предстояло редактировать русское издание сочинений Ньютона. Попутно он глубоко знакомился с историей фотометрического метода гашения света, представляющего для него большой интерес в связи с исследованиями квантовых флуктуаций света.
Поездка в Европу оказалась плодотворной. Вавилов писал впоследствии, что осмотр зарубежных учреждений был для него очень поучителен («живой масштаб для суждения об оптическом институте»). Ознакомление с работой оптических институтов в Париже и во Флоренции показало, что ГОИ не уступает им, а по ряду направлений их превосходит. Сергей Иванович говорил, что в Париже ему довелось видеть работы по интерферометрии и оптическому стеклу, опирающиеся на работы ГОИ. Вместе с тем он убедился, что советским оптикам есть чему поучиться на западе.
Он отмечал, что маленькие институты в Париже и во Флоренции имеют одно важное преимущество перед ГОИ: они бесспорно оказывают большее влияние на промышленность. Эти институты обладали значительным опытом и в подготовке инженерно-технических кадров для оптической промышленности. Этот опыт Вавилов впоследствии с успехом использовал в ГОИ.
В архивах В. Л. Левшина хранится письмо к нему от С. И. Вавилова из Парижа. Вот его полный текст.
Париж, 30 июня 1935 г.
Дорогой Вадим Леонидович!
Вчера кончилась итальянская, самая интересная часть моего путешествия. Я очень внимательно познакомился с состоянием итальянской оптики, осмотрел все главные заводы, хорошо узнал, что такое оптический институт во Флоренции и каково положение физики в Италии. Состояние физики в целом печальное. Причина чисто материального свойства. За «чистую» физику никто не хочет платить. В лучшем случае, дают деньги на оборудование, но на штатные места денег нет, а если и есть, то такие гроши, что на них не проживешь. Делаться физиками почти никто не хочет, кто таковыми и сделался (например, в лаборатории Ферми), мечтают уехать в Америку. На всю Италию числится около 20 профессоров физики, из которых половина — маститые старцы или кретины. Настоящая физика только