1946年,應蘇聯科學院邀請去蘇聯訪問三個月。同年應美國普林斯頓高等研究所邀請任研究員,並在普林斯頓大學執教。1948年開始,他為伊利諾伊大學教授。1950年回國,先後任清華大學教授,中國科學院數學研究所所長,數理化學部委員和學部副主任,中國科學技術大學數學系主任、副校長,中國科學院應用數學研究所所長,中國科學院副院長、主席團委員等職。還擔任過多屆中國數學會理事長。此外,華羅庚還是第壹、二、三、四、五屆全國人民代表大會常務委員會委員和中國人民政治協商會議第六屆全國委員會副主席。
華羅庚是在國際上享有盛譽的數學家,他的名字在美國施密斯松尼博物館與芝加哥科技博物館等著名博物館中,與少數經典數學家列在壹起。他被選為美國科學院國外院士,第三世界科學院院士,聯邦德國巴伐利亞科學院院士。又被授予法國南錫大學、香港中文大學與美國伊利諾伊大學榮譽博士。
華羅庚在解析數論、矩陣幾何學、典型群、自守函數論、多復變函數論、偏微分方程、高維數值積分等廣泛數學領域中都作出卓越貢獻。
由於華羅庚的重大貢獻,有許多用他的名字命名的定理、引理、不等式、算子與方法。他***發表專著與學術論文近三百篇。
華羅庚還根據中國實情與國際潮流,倡導應用數學與計算機研制。他身體力行,親自去二十七個省市普及應用數學方法長達二十年之久,為經濟建設作出了重大貢獻。