Сергей Иванович с интересом и увлечением преподавал в МВТУ и зоотехническом институте. Но основной своей педагогической работой он все же считал работу в МГУ.

Поступив немедленно после демобилизации (одновременно с зачислением в МВТУ) преподавателем в общем физическом практикуме Московского университета, Вавилов уже весной 1919 года прочел пробную лекцию и сдал магистерские экзамены. Это дало ему должность приват-доцента и возможность вести самостоятельно лекционные курсы — сперва по фотохимии, затем по абсорбции и дисперсии света (дисперсия — рассеяние; теория дисперсии света старается установить зависимость показателя преломления вещества от частоты светового колебания).

Следуя примеру П. Н. Лебедева, Сергей Иванович обогащает содержание своих выступлений, широко используя оригинальную журнальную литературу. В каждой лекции он рассказывает о новых работах, знакомит студентов с последними важнейшими достижениями науки. Хорошее знание языков — а Вавилов свободно владел немецким, английским и французским языками и бегло объяснялся по-итальянски и по-польски, — позволяло ему широко и быстро знакомиться с иностранной научной литературой и облегчало задачу.

В 1929 году Сергей Иванович Вавилов был избран заведующим кафедрой общей физики Московского университета. Это событие в известном смысле явилось поворотным пунктом в его жизни. Он немедленно оставил свою работу в Институте физики и биофизики, а также в зоотехническом институте и с головой погрузился в университетские дела (от преподавания в Высшем техническом училище он отказался из-за перегруженности двумя годами раньше).

Прежде всего Вавилов принялся за организационные проблемы. Особо важно было поскорей составить точные программы и задания для занятий.

В те времена еще не существовало единых вузовских программ. Каждый преподаватель вел занятия по собственному плану и обладал большой свободой действий. Это относилось к профессорам, это относилось и к руководителям лабораторных и семинарных занятий.

В МГУ к тому же раньше не было отдельно организованной кафедры общей физики. Лекции по общей физике читали разные профессора, и все их курсы более или менее отличались друг от друга. Вавилов был первым заведующим первой созданной в университете кафедры общей физики.

Руководитель новой кафедры быстро подобрал хороший коллектив преподавателей и с его помощью разработал подробную программу. Он проводил регулярные заседания кафедры, на которых координировалась работа преподавателей. Расширилась деятельность физического кабинета, где Вавилов стал ставить новые демонстрации и заказывать новые приборы. Улучшилась работа физического практикума.

У Сергея Ивановича не возникало вопроса о том, что обязан уметь делать студент, освоивший и сдавший предмет общей физики, (включая общую и специальную физическую практику), преподававшийся на первых двух курсах. Такой студент должен был уметь: преподавать в средней школе; работать в качестве младшего научного сотрудника в заводской лаборатории; работать в той же должности в отраслевом исследовательском институте.

Таким образом, еще не кончив университета, не пройдя и половины его полного курса, студент-универсант приобретал важные навыки, практическую специальность. Это сознание окрыляло учащихся, наполняло их горделивым чувством. Получалось так, что на старших курсах студент усовершенствовал свою квалификацию, фундамент же он получал уже к началу третьего курса.

Избрание С.И. Вавилова профессором Московского университета совпало с первым годом первой пятилетки. Несмотря на свою молодость, Вавилов уже считался выдающимся физиком, а его постоянные выступления за связь теории и жизни были общеизвестны. Избрание Вавилова усиляло ряды талантливых, энергичных и прогрессивных профессоров, борющихся за то, чтобы университеты — эти некогда оторванные от производства организации — могли внести свой вклад в решение грандиозных задач пятилеток.

Требование — лучше знать жизнь, не отрываться от действительности, не «возноситься» над людьми только потому, что вызубрил несколько полезных и сложных формул, — с особой силой ворвалось тогда в высшие школы. Случайно или не случайно в те годы в Московском университете кто-то пустил занятную басню, отражавшую настроения, господствовавшие в его стенах.

— А ты физику изучал? — спросил ученый лодочника, перевозившего его на другой берег.

Лодочник ответил отрицательно.

— Тогда ты потерял полжизни, — сказал ученый.

Вдруг налетела буря, и лодка перевернулась. Физик и перевозчик оказались во власти разбушевавшейся стихии.

— Плавать-то ты умеешь? — спросил лодочник ученого.

— Нет, нет, не умею! — закричал ученый. — Спаси меня!

— Вот видишь, — заметил лодочник, подхватывая тонущего. — Не будь меня, ты потерял бы всю свою жизнь. Это тебе не физика.

Заведуя кафедрой в университете, Сергей Иванович получил широкую возможность привлекать к исследовательской работе наиболее способных студентов старших курсов. Многие из них стали потом известными физиками: И. М. Франк и Б. Я. Свешников, Е. М. Брумберг и В. В. Антонов-Романовский, В. С. Фурсов и А. А. Шишловский, некоторые другие.

Все они начинали свою научную деятельность в лаборатории Вавилова, под его руководством, с его участием. В университетский период Сергей Иванович выполнил вместе со своими молодыми помощниками ряд важных исследовательских работ. Со студентом И. М. Франком, ныне членом-корреспондентом Академии наук и лауреатом Нобелевской премии, он исследовал сферу действия процессов тушения в флуоресцирующих жидкостях. С А. А. Шишловским изучал длительность свечения органических фосфоров. С Е. М. Брумбергом занимался изучением броуновского движения и так далее.