方俊还对地球形状及引力场的研究投入了大量的精力。在计算工具十分简陋落后的情况下，他采用自己设计的模板推算了喜马拉雅山脉南麓两个点之间的相对垂线偏差，并与大地测量联测结果比较后，先后发表了《重力异常与垂线偏差》《中国的正常重力公式》等论文。1959年，他又推出以平均重力异常为基础的方格模板计算方法，并在《中国科学》杂志上发表，引起国际学术界的重视，这种计算方法被称为“方俊方格模板法”。1979年，他又设计出新方案，编制准确的大地水准面图，把中国局部坐标系与地心坐标系连接起来。进入80年代后，方俊的研究工作转向为国防建设和空间科学服务。他领导的测地所率先承担旨在提高远程火箭发射精度的“全球表面重力异常研究”课题。他作为学科带头人，对中国引力场研究起了重要的推动作用，是把地球引力场研究与航天飞行弹道学结合的先驱，为中国远程运载火箭太平洋试验成功作出了贡献。