1986年袁隆平提出了雜交水稻的育種戰略，將雜交水稻的育種從選育方法上分為三系法、兩系法和壹系法三個戰略發展階段，即育種程序朝著由繁至簡而效率越來越高的方向發展；從雜種優勢水平的利用上分為品種間、亞種間和遠緣雜種優勢的利用三個戰略發展階段，即優勢利用朝著越來越強的方向發展。根據這壹設想，雜交水稻每進入壹個新階段都是壹次新突破，都將把水稻產量推向壹個更高的水平。這項戰略構想的提出，為中國已取得三系法雜交水稻研究、開發成功後開展雜交水稻新探索指明了方向 [4] 。
1987年7月16日，袁隆平學生李必湖、鄧華風，在安江農校秈稻三系育種材料中，找到壹株光敏不育水稻。歷經兩年三代異地繁殖和觀察，該材料農藝性狀整齊壹致，不育株率和不育度都達到了100%，並且育性轉換明顯和同步。這壹新成果，為雜交水稻從“三系法”過渡到“兩系法”開拓了新局面。同年他提出“雜交水稻的發展戰略”，即三系法為主的器種間雜種優勢利用；兩系法為主的秈粳亞種雜種優勢利用；壹系法為主的遠緣雜種優勢利用 [4] 。
1987年，國家“863”計劃將兩系法雜交水稻研究立為專題，袁隆平組成了兩系法雜交水稻研究協作組開展中國性的協作攻關。歷經九年的艱苦攻關，1995年兩系法雜交水稻取得了成功，壹般比同熟期的三系雜交稻增產5%～10%，且米質壹般都較好，近年的種植面積為6000畝左右。兩系法雜交水稻為中國獨創，它的成功是作物育種上的重大突破，再次體現了以袁隆平為首的中國雜交水稻科技工作者的聰明智慧，繼續使中國的雜交水稻研究水平保持了世界領先水平 [4] 。
1997年，袁隆平又提出了旨在提高光合作用效率的超高產雜交水稻形態模式和選育技術路線，開始了“中國超級雜交水稻”的研究。這是壹道世界級難題，通過攻關研究，2000年已實現了第壹期大面積示範畝產700公斤的指標，比現有高產雜交稻每畝增產50公斤左右，尤其1999年在雲南永勝還創造了畝產高達1137.5公斤的高產新紀錄，第壹期超級雜交稻的推廣面積為3000萬畝 [4] 。
2001年以來，袁隆平指導選育成大面積示範畝產800公斤、米質優良的第二代超級雜交稻，並於2004年提前壹年實現第二期超級稻目標。第二期超級雜交稻於2006年開始推廣，2011年種植面積達800萬畝，在大面積生產上比第壹期超級稻高50公斤/畝以上。袁隆平仍不滿足，進壹步提出了將常規育種與生物技術結合，攻關第三期超級雜交稻大面積示範每畝900公斤目標，經過努力，2011、2012年超級雜交稻第三期目標攻關百畝示範分別達畝產926.6公斤、917.7公斤，標誌中國超級雜交稻第三期目標實現。2013年，啟動畝產1000公斤的超級雜交稻第四期目標攻關。2013年9月29日，第四期超級稻百畝示範片“Y兩優900”中稻在湖南省隆回縣羊古坳鄉牛形村實現百畝平均畝產達988.1公斤，創世界紀錄 [4] 。2006年，袁隆平提出“種三產四”豐產工程，即運用超級雜交稻的技術成果，力爭用三畝地產出現有四畝地的糧食。2007年率先在湖南20個縣啟動實施，已取得非常好的效果。計劃在中國推廣6000萬畝，產出8000萬畝的糧食，等於增加了2000萬畝糧食耕地，可多養活3000多萬人。到2012年，“種三產四”豐產工程項目擴大到在50個縣市區實施，面積為882.2萬畝，增產稻谷達9.62億公斤。截至2012年，累計示範推廣面積2000多萬畝，增產20多億公斤，為糧食持續穩定增產做出了新的貢獻 [4] 。2013年9月29日國家雜交水稻工程技術研究中心證實，經農業部測產驗收，由“雜交水稻之父”袁隆平院士科研團隊攻關的國家第四期超級稻百畝示範片“Y兩優900”中稻平均畝產達988.1公斤，創世界紀錄 [4] 。
2016年11月19日，中國工程院院士袁隆平、中國工程院院士羅錫文、測產驗收專家、以及相關技術專家來到興寧，對華南雙季稻年畝產三千斤綠色高效模式攻關項目進行測產驗收。現場實割測得晚稻平均畝產705.68公斤（幹谷）。同樣該攻關模式，2016年7月20日在興寧經過專家組實割測得早稻平均畝產832.1公斤，加上本次實割產量，實現雙季超級稻年畝產1537.78公斤，創雙季稻產量世界紀錄。
2018年5月22日，位於三亞水稻國家公園的有機覆膜直播試驗示範田進行測產驗收，測得畝產1065.3公斤，創下海南省水稻單產歷史最高紀錄 [49] 。
2020年11月2日，在湖南省衡陽市衡南縣清竹村進行的袁隆平領銜的雜交水稻雙季測產達到了畝產1530.76公斤，其中早稻619.06公斤、第三代雜交水稻晚稻品種“三優壹號”911.7公斤，超過了1500公斤的預期目標。比數字更重要的意義在於：這次測產充分展示了第三代雜交水稻更加契合實際生產的特點，從而有利於進壹步保障國家糧食安全。 [50]
“高產、抗病、抗寒、抗倒等特點是第三代雜交水稻相比前兩代普遍具備的優勢，這也是這次測產在極端天氣的不利條件下，還能夠突破雙季畝產1500公斤的關鍵原因。”（湖南雜交水稻研究中心研究員、第三代雜交水稻項目主持人李新奇）