После одного из докладов — о зеркальных телескопах Ломоносова — Вавилов предложил не ограничиваться только изучением архивных материалов, а попытаться найти и собрать в одно место русские оптические инструменты и другие научные приборы XVIII века. Со временем удалось создать уникальную коллекцию оптических инструментов, изготовленных в России во времена Ломоносова.
По инициативе Вавилова были организованы и «Ломоносовские чтения» для московской молодежи, перед которой с лекциями по истории отечественной науки выступали ведущие советские ученые. Чтения открылись в марте 1945 года в большом зале Политехнического музея докладом С. И. Вавилова «Ломоносов и русская наука», который по праву считается одной из лучших научнопопулярных работ о Ломоносове. Тексты лекций выпускались массовыми тиражами, и издания эти стали любимы широким кругом читателей.
В 1946 году Вавилов выступил с предложением начать подготовку нового академического издания трудов М. В. Ломоносова. До этого сочинения Ломоносова издавались девять раз, но все издания были неполными. Кроме того, некоторые работы ученого не были переведены с латинского языка на русский, что делало их недоступными для большинства читателей. Переписка Ломоносова также была опубликована лишь частично. Новое Собрание его сочинений в десяти томах, главным редактором которого стал С. И. Вавилов, должно было восполнить все эти пробелы. Труды Ломоносова, написанные на латинском языке, было решено воспроизвести как в оригинале, так и в переводе на русский язык.
К 1957 году издание было завершено. Сергей Иванович успел отредактировать лишь первые два тома. Желая подчеркнуть исключительную роль Вавилова в работе по изданию Собрания сочинений Ломоносова, редакционно-издательский совет Академии наук СССР принял постановление, согласно которому имя Вавилова было сохранено в списке членов главной редакции всего издания, несмотря на то, что бо́лышая часть томов вышла в свет уже после его кончины.
Крупнейшей заслугой Сергея Ивановича является организация только что упомянутого Музея М. В. Ломоносова. По его предложению решено было открыть этот музей при Институте энтографии Академии наук СССР, в старинном здании Кунсткамеры, где еще в 1714 году Петром I был основан первый русский музей — собрание древностей, всевозможных диковинок и монет. В здании Кунсткамеры долгие годы работал М. В. Ломоносов. В середине XVIII столетия оно сильно пострадало от пожара и с тех пор полностью не восстанавливалось. По инициативе С. И. Вавилова президиум Академии наук СССР принял постановление о реставрации здания Кунсткамеры, после чего оно приобрело первозданный вид.
Учреждения академии, Эрмитаж, Исторический музей и другие выделили ценнейшие экспонаты для экспозиции. С. И. Вавилов, страстный книголюб-коллекционер, не пожалел расстаться со многими своими сокровищами. Он передал в дар музею более тридцати редких книг из собственной библиотеки. Среди них были «Грамматика» Смотрицкого — книга, по которой Ломоносов в детстве учился грамоте, сочинения учителя Ломоносова Христиана Вольфа на латинском языке, немецкий перевод «Российской грамматики» Ломоносова, изданный в Петербурге в 1764 году. Особенно ценным подарком был двухтомный роман Ксенофонта Полевого «Михаил Васильевич Ломоносов», некогда принадлежавший Виссариону Григорьевичу Белинскому, с его многочисленными заметками на полях.
Музей М. В. Ломоносова был открыт в январе 1949 года. Его открытие было приурочено к общему собранию Академии наук, посвященному истории русской науки. Торжественное заседание академии состоялось в циркулярном зале Кунсткамеры. За огромным круглым столом, где когда-то заседала конференция Петровской академии, расположились ведущие советские академики. Перед каждым лежало гусиное перо.
Вступительную речь произнес Сергей Иванович, который сказал: «Открывая Музей Михаила Васильевича Ломоносова в этом здании, освященном для нас памятью личной работы Ломоносова, Академия наук выполняет свой старинный долг перед памятью одного из самых замечательных людей нашего прошлого». В своей речи Вавилов поставил перед музеем конкретные задачи. Он заявил: «Открываемый сегодня Музей Михаила Васильевича Ломоносова должен послужить распространению знаний о Ломоносове, о его науке в широких народных массах. Вместе с тем музей должен быть новым центром для дальнейшего углубленного изучения Ломоносова, для собирания предметов и документов, с ним связанных».
Сам Сергей Иванович внес в ломоносоведение большой вклад. В 1936 году он сделал доклад «Оптические работы и воззрения М. В. Ломоносова» на совместном заседании Академии наук СССР и Московского университета в связи с двухсотдвадцатипятилетием со дня рождения великого ученого. Затем последовала серия превосходных статей о Ломоносове, написанных в разные годы. Среди них особо следует отметить исследование «Ночезрительная труба М. В. Ломоносова», опубликованное во втором томе сборника «Ломоносов». В нем Вавилов впервые привел полное описание изобретенной М. В. Ломоносовым в 1756 году ночезрительной трубы и изложил принцип ее работы. Сведения для этой статьи Сергей Иванович почерпнул из архивных материалов, касающихся многолетней дискуссии об этом изобретении в Петербургской Академии наук, и из заметок самого ученого.
Ценной была инициатива С. И. Вавилова о переиздании научной биографии М. В. Ломоносова «Жизнеописание Михаила Васильевича Ломоносова», написанной в 1911 году химиком и историком науки Борисом Николаевичем Меншуткиным, который первым показал выдающееся значение трудов Ломоносова для развития химической науки. Эти труды опережали свое время на сто — сто пятьдесят лет. Труд Меншуткина был переиздан в 1947 году и дополнен новыми материалами. Сергей Иванович написал для книги главу, посвященную оптическим исследованиям Ломоносова, а также принял участие в переработке главы о работах ученого в области земного тяготения.
В своих работах Вавилов всегда старался подчеркнуть преемственность в развитии идей. Это делало его исторические исследования особенно ценными. Мысль о преемственности в науке особенно четко воплощена в его труде об истории физики в Академии наук «Физический кабинет — физическая лаборатория — физический институт Академии наук СССР за 220 лет (1725 — 1945) ».
Никогда не следует забывать имен ученых, заложивших основы современной науки, говорил Сергей Иванович. Он любил повторять: «Юбилеи пройдут, а книги останутся». В годы войны он был инициатором издания специальных сборников, посвященных трехсотлетию со дня смерти Галилео Галилея и трехсотлетию со дня рождения Исаака Ньютона. По его инициативе Академия наук сразу после войны широко отметила трехсотлетие со дня рождения Рене Декарта. В связи с исполнявшимся в 1945 году двухтысячелетием со дня смерти величайшего философа-материалиста древности Тита Лукреция Кара по предложению С. И. Вавилова была переведена и издана его бессмертная поэма «О природе вещей». Глубоко изучив творчество Лукреция, Сергей Иванович в январе 1946 года выступил с докладом «Физика Лукреция» на объединенном заседании отделений физико-математических наук, истории, философии и литературы Академии наук СССР.
Вавилов написал множество статей и очерков о жизни и творчестве выдающихся ученых. Кроме упомянутых, особенно интересны его работы о Христиане Гюйгенсе, Майкле Фарадее, Альберте Абрахаме Майкельсоне, Леонарде Эйлере, Петре Николаевиче Лебедеве, Василии Владимировиче Петрове, Петре Петровиче Лазареве, Поле Ланжевене. Научная деятельность и личность каждого ученого представлены в новом, не освещавшемся ранее аспекте. Особенно интересным для Сергея Ивановича оказалось изучение трудов академика начала ХХ века В. В. Петрова. Вавилов установил, что Петров был первым русским исследователем явлений люминесценции.
Сергей Иванович всегда преклонялся перед поэтическим гением Пушкина. По его словам, «творчество Пушкина — это многогранное отражение лучших качеств русского народа: его простоты, прямоты, широты, любви к родине, к отдельным людям, неискоренимого вольнолюбия, мужества, тонкого ума и чувства красоты». Вавилов возглавил торжества, которые проводились в 1949 году в связи со стопятидесятилетием со дня рождения А. С. Пушкина. Сергей Иванович многое сделал для увековечения памяти поэта. В эти юбилейные дни его взволнованный голос звучал и в Колонном зале Дома союзов, и в актовом зале лицея, и в доме-музее поэта в селе Михайловском.
Не прошло мимо С. И. Вавилова и двухсотлетие со дня рождения русского революционера и писателя Александра Николаевича Радищева, которого Сергей Иванович называл «революционным рыцарем без страха и упрека». Под председательством Вавилова в 1949 году было проведено общее собрание Академии наук СССР, посвященное этой дате.
В 1949 году исполнилось сто лет со дня рождения великого русского физиолога Ивана Петровича Павлова. Выступая на открытии мемориального музея И. П. Павлова в Ленинграде, Сергей Иванович сказал: «Советская страна гордится своим гениальным сыном и свято хранит память о нем не только как о замечательном ученом, но и как о редкостном, до последнего штриха русском человеке, глубоко любившем свою Родину, свой народ, свою культуру, свое родное русское искусство».
В выступлениях, посвященных жизни и деятельности академиков Александра Александровича Байкова, Алексея Николаевича Баха, Александра Петровича Карпинского, Владимира Леонтьевича Комарова, Алексея Николаевича Крылова, Владимира Афанасьевича Обручева, Николая Дмитриевича Папалекси, Сергей Иванович стремился особо отметить тот выдающийся вклад, который каждый из них внес в мировую науку.
Просматривая старые газеты и журналы, не перестаешь удивляться, где Вавилов находил силы и время — кажется, ни одно событие культурной жизни страны не осталось не замеченным им. Он выступает на открытии мемориальных досок выдающимся русским ученым Василию Владимировичу Петрову, Михаилу Васильевичу Остроградскому, Борису Семеновичу Якоби, Якову Карловичу Гроту, Пафнутию Львовичу Чебышеву, Николаю Яковлевичу Марру, Францу Юльевичу Левинсон-Лессингу, Александру Петровичу Карпинскому, Владимиру Ивановичу Вернадскому, Ивану Петровичу Павлову на здании Академии наук СССР в Ленинграде, произносит большую речь в связи с восьмисотлетием основания Москвы.