购买的建设新中国急需的固体物理、金属物理方面的书籍和资料。
回国后，程开甲先在母校浙江大学任教，担任物理系副教授。1952年院校调整，他从浙江大学调到南京大学。当时，中国学习苏联的建国经验，优先发展重工业。物理系确定开展金属物理研究和筹建专门化，任务交给了施士元和程开甲两人。
为了适应国家大搞经济建设的需要，程开甲主动把自己的研究重心由理论转向理论与应用相结合。他放下架子，主动向青年教师学、向工人师傅学，还专门到中科院沈阳金属研究所向著名物理学家葛庭燧先生学习内耗理论与实验。1950~1960年间，他先后发表了《内耗热力学研究》等10余篇内耗研究论文，开创了国内系统的热力学内耗理论研究。他提出了普适线型内耗理论，对内耗研究具有普遍指导意义。他与同事共同研究了二元代位合金体系、面心立方金属间隙原子的内耗理论。同时，对tomas-Fermi统计、正则系综分布函数、弛豫过程普遍理论、辐射理论、布朗运动、电子集体振动、极化子、细晶粒再结晶等进行了理论研究，出版了我国第一部《固体物理学》教科书。
1952年，程开甲提出了入党申请。1956年7月，南京大学党委贯彻落实党的知识分子政策，批准了他的入党要求，成为南京大学的第一个高知党员。
1956年3月，程开甲作为国内固体物理和金属物理方面的专家，参与了国家十二年科学规划的研究制定；10月，他又作为中国高等教育代表团成员之一，参与高教部组织的赴苏考察。
1958年至1960年，程开甲根据组织的安排，再次和施士元教授一起创建南京大学核物理专业。同时，参与江苏省原子能研究所的筹建。他们自己动手，研制成功了一台双聚焦谱仪，测得了元素的衰变曲线，这是南京大学第一台核物理实验仪器。不久，他们又完成南京大学第一台直线加速器，为南京大学核物理发展打下了基础。
扎根戈壁，隐身为国
1960年，一纸命令将程开甲调入北京，加入到我国核武器研究的队伍。从此，他隐姓埋名，在学术界销声匿迹二十多年。
原子弹研制初期，程开甲被任命为核武器研究所副所长，分管材料状态方程的理论研究和爆轰物理研究，为原子弹的研制作出了贡献。他第一个采用合理的TFD模型估算出原子弹爆炸时弹心的压力和温度，为原子弹的总体力学计算提供了依据。负责原子弹结构设计的郭永怀拿到结果，高兴地说：老程，你的高压状态方程可帮我们解决了一个大难题。
1962年上半年，我国原子弹的研制工作闯过无数技术难关，露出了希望的曙光。中央适时作出争取在1964年、最迟在1965年上半年爆炸我国第一颗原子弹的两年规划。为加快进程，钱三强等二机部领导决定，另外组织队伍，进行核试验准备和技术攻关，组建核武器试验研究所。经钱三强推荐，程开甲成为我国核试验技术的总负责人，担任核武器试验研究所副所长。44岁的程开甲穿上军装，成为一名军人。从此，他将全部精力投身到中国核武器试验事业。
从1963年第一次踏入号称死亡之海的罗布泊，到最后回到北京定居，程开甲在茫茫戈壁工作、生活了20多年，历任核武器试验研究所副所长、所长、核试验基地副司令。兼任核武器研究所副所长，后来，核武器研究所改为研究院，他任副院长，直至1977年。20多年里，作为我国核试验技术的总负责人，他成功地参与主持决策了包括我国第一颗原子弹、氢弹、增强型原子弹、两弹结合以及地面、首次空投、首次地下平洞和首次竖井试验在内的多种试验方式三十多次核试验任务，而且带领科技人员建立发展了我国的核爆炸理论，系统阐明了大气层核爆炸和地下核爆炸过程的物理现象及其产生、发展规律，并在历次核试验中不断验证完善，成为我国核试验总体设计、安全论证、测试诊断和效应研究的重要依据。以该理论为指导，创立了核爆炸效应的研究领域，建立完善不同方式核试验的技术路线、安全规范和技术措施；领导并推进了我国核试验体系的建立和科学发展，指导建立核试验测试诊断的基本框架，研究解决核试验的关键技术难题，满足了不断提高的核试验需求，支持了我国核武器设计改进和运用。
生命不息，创新不已
1984年程开甲离开核武器试验基地，担任原国防科工委(现总装备部)科技委委员。由于工作职责和科研环境的变化，他的科研工作转入国防科技发展战略研究，开启了他学术研究的新时期。
一方面，他围绕假如打一场高技术战争，我们怎么办进行战略层面的思考谋划。上世纪80年代，程开甲提出必须提高我国战略武器抗辐射能力的思想，并亲自担任该研究方向的专业组组长，开创了抗辐射加固技术研究新领域。在他领导下，系统开展了核爆辐射环境、电子元器件与系统的抗辐射加固原理、方法和技术研究，利用核试验提供的辐射场进行辐射效应和加固方法研究；指导建设先进的实验模拟条件，推动我国自行设计、建造核辐射模拟设施，开展基础理论和实验研究，促进了我国抗辐射加固技术的持续发展，他还倡导开展了高功率微波研究新方向，为国防科技和武器装备发展作出了重要贡献。
另一方面，他重新开始基础研究课题，取得了成果。他进一步发展、完善了程―玻恩超导电性双带理论。20世纪50年代BCS理论提出， 80年代中期高温超导体的发现，使人们看到了BCS理论的局限性。程开甲分析了国际上超导理论的研究现状，进一步发展、完善了高温超导和低温超导普遍适用的双带理论。出版了Study of Mechanism of Superconductivity (1991)和《超导机理》(1993)两部专著。
他提出并建立了系统的TFDC(托马斯―费米―狄拉克―程开甲)电子理论。为材料科学的发展提出了新的研究思想与方法，并在国家自然科学基金委支持下将该理论应用于金刚石触媒、纳米管生成、薄膜大电容等方面的研究，取得了有价值的成果。
努力不懈，不老常青
真正的科学家是不求名利的。但真正为祖国作出了重大贡献的科学家，祖国和人民也是不会忘记他们的。
程开甲是全国人民代表大会第三、四、五届代表，中国人民政治协商会议第六、七届委员，中国科学院院士和资深院士。他的研究成果，荣获国家科技进步特等奖、一等奖，国家发明奖二等奖和全国科学大会奖、何梁何利科技进步奖等多项奖励。1999年，被党中央、国务院、中央军委授予两弹一星功勋奖章。2013年，党中央、国务院为他颁发了国家最高科学技术奖。
对于这些崇高