金属所建所之初，百废待举。为满足国家快速恢复钢铁工业生产的需要，李薰回国考察后决定放弃北京选址，将金属所设在沈阳。在建所初期，李薰将冶炼、加工、热处理、选矿和耐火材料等作为主攻方向，与鞍钢、本钢、抚钢、大钢、哈轴等开展合作，并向各大钢厂派遣炼钢小分队，形成了科研与实践紧密结合的优良传统。经过几年的努力，铝镁耐火砖、电炉氧气炼钢、提高钢质量等一批代表性成果，为我国钢铁工业做出了开拓性贡献。

为积极响应党中央号召，1958年金属所开始核材料预研，建立了209和210组。1961年6月，中科院副院长裴丽生和钱三强来沈阳给时任金属所党委书记的高景芝下达了重要任务，为此研究所将两个组扩建为李薰兼主任的铀化学冶金研究室（15室）和张沛霖任主任的铀物理冶金研究室（10室），开展攻关。当时国外技术资料很少，美国对华禁运、中苏关系破裂，中国处于被全面技术封锁状态。在李薰的领导下，金属所上百名技术骨干克服了资料匮乏、技术设备简陋、生活物资紧缺、缺少必要防护措施等困难，潜心攻关近十年，在铀分离膜、铀冶金、核燃料堆芯等关键材料与技术方面取得了一系列突破性进展，为我国“两弹一艇”的研发做出了重要贡献。

按照国家对核材料研究的布局，1970年6月和1971年9月，金属所承担核动力堆任务的全体人员分两批，成建制地调入七院，从此金属所不再从事核材料研究。他们在青衣江畔的山沟里，建立了核材料研发基地，艰苦奋斗几十年，为国防事业做出了巨大贡献。当年带队赴四川的戴受惠在纪念李薰诞辰100周年之际写道：“以李薰所长为代表的老一辈科学家形成了金属所精神，包括忠心报国的爱国精神，爱业敬业的责任心，一丝不苟的“三严”精神，永不停止的精进求知精神，不怕困难、敢为人先的创新精神，自力更生、勇挑重担、大力协同的集体主义精神等。有了这种精神，我们就可以从添砖加瓦的平凡小事做起，为祖国富强、中华民族复兴的伟大事业贡献自己的力量！”