回国后的师昌绪明确向组织表示：“什么地方需要我，我就到哪里去！”，1955年9月，师昌绪按照组织分配来到金属所。1959年中苏关系恶化，苏联专家撤走，我国高温合金供应量锐减，有关部门决心要自主生产高温合金。师昌绪负责起高温合金科研生产工作，试制场地在抚钢。攻关期间正值国家“三年自然灾害”，东北是重灾区，粮、油限量供应，食物匮乏。那年冬天东北特别冷，大家住在抚钢没有暖气的招待所，每天吃的是苞米面饼子，喝的是没有油水的白菜汤。恰逢当时师昌绪的夫人怀孕，师昌绪便决定每天通勤到抚钢工作。他每天早上5点钟起床，乘第一班无轨电车赶到沈阳南站，换乘既没有暖气、也没有座位的铁皮闷罐货车到抚顺，为的是能参加8点钟的班前会。晚上8点下班后，再几经换乘，回到家中已是深夜。攻关3个月天天如此，因为劳累过度他患了肾盂肾炎，腰痛便血也没有住院治疗，还是坚持工作，最终实现了高温合金的自主生产。

1964年，航空研究院计划研发新型飞机发动机，希望金属所承担制造空心涡轮叶片这一核心任务。根据几年来用铸造镍基高温合金制造涡轮盘和叶片的经验，师昌绪当即答应：既然美国已经采用了这种方法，我们也一定能做出来！通过反复试验，仅用了不到一年的时间，在金属所简陋的实验室里诞生了中国第一片九孔铸造空心涡轮叶片，使我国成为继美国之后世界上第二个制造出空心叶片的国家。70年代中期，航空工业部要求把空心叶片生产转到贵州平坝。那时贵州是国内生活最艰苦的省份之一，从沈阳到贵州要辗转两三天的火车，师昌绪亲自带队，买不到卧铺就坐硬座，在火车上甚至饮水都困难。在平坝住的是简易招待所，吃的是发了霉的大米加白薯干，没有油水的菜汤，就这样他们与厂里的科技人员和工人朝夕相处几个月共同攻关，最终使空心叶片成品率基本达到了实心叶片的水平才离开贵州。