年轻的竺可桢决心以教育救国，从武昌到南京，10年高校教坛耕耘，中国从此开始培养勘破大自然奥秘的气象专门人才。他领导的气象研究所成立后，经过又一个10年，中国现代气象事业掀开了新的一页。
1．执教10年
竺可桢留学8年归来，看到的是满目疮痍的故国山河。尽管历史已经进入了20世纪初叶，世界各国都发生了巨大的变化，可中国仍迈着迟滞的脚步，科学技术更是远远落在西方列强的后面。
在故乡绍兴，竺可桢看到老百姓衣不蔽体，食不果腹，各种庙宇却随处可见，香烟缭绕。他还从当时的报纸上看到这样荒唐可笑的事情：那一年，湖南省久旱无雨，到了7月份，旱情更加严重。省政府的要员亲自出面，让人把两个泥菩萨从城外抬进省城长沙市，供在玉泉山。可是，天气仍然毫无下雨的迹象。于是，他们又想出新的方法，从药店里弄来老虎的骨头，用绳子拴着，投进城外的深潭，据说这样可以使深居潭水中的龙王与猛虎相斗，龙虎斗的结果会导致兴云布雨。这一招当然不见效，结果，省政府办公的大院里，搭起了大戏台，日夜不停地吹吹打打，以祈求老天爷降福赐雨。
这一切强烈地撞击着竺可桢的心灵，在科学之光照耀不到的地方，只能是愚昧和黑暗占统治地位。
当时，向竺可桢发出聘书的有上海海关、武昌高等师范学校、南京高等师范学校。其中，海关的薪俸最高。但是，中国海关从清朝即为外国列强所把持，严重损害着中国主权。他们在沿海设置了气象网，窃取中国气象情报。竺可桢日思夜想的是夺回气象主权，怎么能为了高薪去海关效力？他想，只有为国家多培养人才，才可以挽救国家。他决定去高校任教。
回到阔别8年的故里，竺可桢拜望了亲友、师长，祭悼了父母的亡灵。家里的许多事情需要他一一承担，父母的坟址低洼潮湿，等待他尽快迁移；亡兄的遗孤待抚，寡嫂居无定所……国事、家事、天下事，事事关情！竺可桢没有一味地感伤叹息，安排好家事，他怀着“科学救国”的理想，走上了高校讲台。
1919年，竺可桢应武昌高等师范学校（今武汉大学前身）的聘请，到该校教授地理学和气象学。
1920年，竺可桢又受聘到南京高等师范学校（今南京大学前身）执教。
1921年，南京高等师范学校扩建，改校名为东南大学。在竺可桢的倡议下，东南大学成立了地学系，并由竺可桢出任系主任。这是我国大学中设立的第一个地学系。地学系下设地理、气象、地质、矿物四个专业，其中的气象专业也是我国大学的第一个气象专业。中国从此开始了自己培养气象专门人才的历史。我国有建树的老一辈气象学家中，许多人都是竺可桢这时期的学生。
竺可桢讲授的课程有：地学通论、气象学、世界地理。
《气象学》是竺可桢自己编写的教材，他由浅入深地引导学生们认识空气的由来；认识不同高度的空气成分，认识温度、气压，云雾霜雪，雷雨、冰雹，风、风暴与台风……安静的课堂上，竺可桢引经据典，深入浅出，把复杂的气象学知识“润物细无声”地传授给学生。学生们跟随着他，在神奇的气象空间出入，探悉风云变幻的无穷奥秘。
《地理学》、《气象学》都属于应用型的学科。竺可桢在教学中非常重视学生实践能力的培养，野外实习是地学系各科必修的课程。
那是个星汉灿烂的夏夜，东南大学的操场上围坐着许多地学系年轻的学生。这是竺可桢召开的露天学术研讨会。他指点着美丽迷人苍穹中的星座，从二十八宿谈起，一直讲到航海、测量及农业生产。演讲中，有学生不时地提问。许多漫步在校园乘凉的外系学生也被吸引了过来，这场别开生面的学术演讨一直持续到深夜，大家才余兴未尽地散去。
竺可桢还在校园里设立了气象测候所，以训练、培养学生的实际工作能力。
东南大学校园东侧，有一个僻静的院落，叫梅庵。梅庵内环境幽雅，松青草绿，特别是春天，迎春花开得金灿灿的一片。地学系气象专业的气象测候所就坐落在这里。
测候所购置了比较齐全的仪器设备，并聘请了专人规范管理。竺可桢在这里指导学生进行观测训练，每周对观测结果进行分析。他亲自撰写气候报告，定期与国内外其他气象台相互交换。
当时东南大学气象仪器设备的完好性，观测记录的可靠性，在全国首屈一指。
竺可桢不仅仅看重学生的考试成绩，更重视学生的实际工作能力和科研能力。他任教的一些课程，不采取记分制考试，而是让学生通过运用所学习的理论知识，结合气象观测实际，写作一些专题报告。他十分鼓励并热情帮助学生进行科研和翻译。
教学之余，竺可桢埋头科研和著述。在高校执教期间，他在国内外科学刊物上先后发表论文60多篇。特别是他利用古代典籍中的物候记载研究中国历史上气候的变迁，这是竺可桢科研工作的一个创举。他的《中国对气象学的若干新贡献》、《南宋时代我国气候之揣测》、《中国历史上的旱灾》等著述，形成了他在这个领域专题研究的一次高潮。
《南宋时代我国气候之揣测》的研究思路，萌发于1923年。当时竺可桢读到一位欧洲气象学专家的一篇文章，那位专家的研究结果表明，欧洲大陆在12世纪初到14世纪初的200年间，天气比其他各世纪要冷。竺可桢想到：中国的面积和整个欧洲差不多大，气候状况也相当复杂。这位欧洲气象学家的研究结果是否能说明中国的气候问题呢？由此，他开始了自己的科学研究。
他首先分析，12世纪初到14世纪初正是中国的北宋末期到元中时期。怎样才能知道那长达200年间的气候呢？竺可桢翻开了《二十四史》。
《二十四史》这部卷帙浩繁的史书，囊括了从春秋战国到明代各个时代的政治、军事、经济、文化等各方面的史料，其中也包括对天气冷暖的记载。
可是，当时并没有温度计等观测仪器和相应的数据。竺可桢反复查找，找到了不同时期统一的气候冷暖依据：降雪。降雪是天气寒冷的标志。天冷得早，降雪就早。天冷得时间长，最后一次降雪的时间就晚。这样，从降雪次数的多少和降雪时间的早晚，就可推断那个时期的天气冷暖。
要从“二十四史”中搜集到所需要的资料，不仅需要精深的气象学专业知识，而且要精通中国的古代典籍。竺可桢从幼年时打下了深厚的文史基础，这时有了用武之地。
竺可桢把“二十四史”中各朝代关于降雪的记录都一一查阅并抄记下来。他发现，各朝代中宋朝降雪记载较多，而其中又以南宋为最多。从1131年到1264年的133年间，南宋国都临安（今杭州）春天降雪有41次之多。
接着，竺可桢对古代和现代的气候材料进行了汇集研究。这些材料证明：南宋比唐朝、明朝和现代都要冷。据此，他写出了论文。
竺可桢的研究结果使人们眼界大开。不仅使人们回望过去，还提醒人们预测未来。他使人们想到，在人类社会呈螺旋形发展的时候，自然界的气候也有某些阶段性的循环往复。当我们今天惊呼全球气候变暖，温室效应导致冰河融化、海平面上升的时候，也许一个新的寒冷的气候时代正在悄悄地到来。正如这些年参加南极科学考察的科学家所称，南极存在的大量树木化石显示，200万年前的南极曾经温暖而潮湿，树木生长茂盛，花草竞相开放。竺可桢在20世纪初，通过研究证明，地球上的气候是呈波浪形起伏不定的。
1927年，竺可桢的《论以岁差定〈尚书·尧典〉四仲中星之年代》，发表在《科学》、《史学与地学》两个刊物上。这是竺可桢在天文学史方面的重要著述，它开辟了用现代科学方法整理古代天文史料的道路。他的研究在历史学界产生了巨大的影响。
20世纪20年代，我国史学界出现了对古代史料重新估价的疑古派。作为儒家最早经典的《尚书》（又名《书经》或《书》）首先受到了怀疑，疑古派认为《书经》系后人的伪作。但另一派人认为，不能轻易地怀疑一切古籍。当两派争执不下时，竺可桢异军突起，他从《尚书·尧典》所记载的“日中星鸟，以殷仲春”“日永星火，以正仲夏”“宵中星虚，以殷仲秋”“日短星昴，以正仲冬”入手分析研究，认为这是古人在春分、夏至、秋分和冬至四个节气这一天观测天上恒星的记录。
他对此进行了周密的推论：先考虑观测时间地点（主要是纬度），再研究“鸟、火、虚、昴”属于当今的哪些星座，然后从1927年的《天文年历》中查出这些星座的赤、经数据，再将这些数据与从理论上求出四个节气时南中星的赤经数据相减，将所得到的差数用岁差常数（50．2＂／年）来除，就得出了这是1927年以前多少年所观测的星象。为了检验自己的方法的正确性，他先用这个方法对确实可靠的《汉书》中的记载星相进行了试算，发现十分相符。再把它应用到《尧典》上，所得结果是：《尚书·尧典》中所记的四仲中星，除了“日短星昴”外，其他三个都是殷末周初即3000多年以前的天象。
历史学家徐炳昶读了这篇文章，无比佩服。他说：“读到竺可桢先生所著之文，欢喜赞叹，感未曾有！余以为，必须如此才能配得上说以科学的方法整理国故！这样一篇严谨的文字印出，很多浮烟涨墨的考古著作全可以抹去了！”
事情过去50多年后，科学家赵庄愚先生根据《尚书·尧典》中的上下文及参考其他古代典籍判断，认为四仲中星不是在一个地点观测的，而是在“畅谷”（今山东北部）、“明都”（今湖南长沙南部）、“昧谷”（今甘肃境内）、“幽都”（今北京一带）这4个地方观测的。这样确定了观测地点之后，再采用竺可桢的方法计算，结果证明，“日短星昴”也不例外。四仲中星属于一个系统，属于距今4000年以前的天象，也就是夏朝初年的天象。
从武昌到南京，竺可桢执教高校不觉已有10载。桃李无言，下自成蹊。东南大学新型的地学系因培养出了我国最早的一批地理学、气象学、地质学方面的专家而声名大振。30多岁的竺可桢著述颇丰，事业有成，令国内外学界瞩目。
这10年，也是竺可桢生活相对安定的10年。他于1920年与出生于书香之家的神州女学教师张侠魂结婚后，已有了长子竺津（希文）、长女竺梅和次子竺衡。
2．走马上任北极阁
中国现代的气象观测，始于1911年。当时的政府在北京东城钦天监设立了中央观象台，隶属于教育部。
1913年观象台增设了气象科，由刚从比利时留学回国的蒋丙然负责。气象科管辖张北、库伦、开封、西安等处气象测候所。另外，农业、水利、航空等部门，也设立了一些气象测候所。20世纪20年代初，由于军阀混战，这些测候所因经费短缺而陷于停顿状态。
当时在我国国土上，还有法国神父经办的上海徐家汇观象台，德国人在青岛设立的气象台，这一切给我国近代的气象事业打上了殖民地、半殖民地的色彩。竺可桢对这种状况十分愤慨焦虑。早在1916年留学美国期间，他就撰写了《中国之雨量及风暴说》，他在文章中谈到，国内洪水肆虐，造成灾难与饥馑，因为不能预测各地雨量的多少，所以难以防备。由此可知设立气象台的重要性。
1921年，竺可桢在《论我国应多设气象台》一文中说：“昔人有言，人定胜天。今日世界各国文化之优劣，可以其国人控制天然环境程度定之。因田野山林之满被丛林荆棘也，故持斧柯以戡平之。因江河湖海之足以阻绝交通也，故筑桥梁以联络，造轮船而航渡也。因风云之变更不常也，故设气象台以窥测之。”他列举了外国人在中国建气象台的实例，叹息道：“夫制气象图，乃一国政府之事，而劳外国教会之代谋亦大可耻也。”
竺可桢在笔记本上记下了这样的话：
美国的领土面积略小于中国，气象台站却有200座之多。
日本的国土面积只有中国的几十分之一，气象台站却有56座。而且，日本还对中国的沈阳、长春、天津、南京、杭州等地的气候状况进行观测，并且把测得的这些地方的气候状况和日本的神户、大阪的气候排列在一起。
1922年，中华教育改进社在济南开会，当时的中央观象台曾提出建议：拟请各省在省属各县选择一所中学或小学，负责记录当地的雨量情况。为了保证这项工作的开展，各地政府只需向每所学校多拨5元钱的仪器费。可是，由于这5元钱的经费无法落实，这个建议也就如石沉大海。
1927年北伐革命胜利，国民政府建都南京，设立了国家最高学术机关———中央研究院。蔡元培先生任中央研究院院长，杨铨（即杨杏佛）先生任秘书长。中央研究院下设观象台筹备委员会，1928年筹备委员会分为天文研究所和气象研究所，竺可桢被任命为气象研究所主任。
竺可桢离开了熟悉的校园和学生，面对中国气象事业一穷二白的局面，他心中涌动着开创中国气象事业新局面的激情，涌动着夙愿得以实现的兴奋和喜悦。
当时的中国，没有统一管理气象工作的机构，气象研究所建立后，责无旁贷地肩负起了双重任务：它既是全国气象学术研究机构，同时又是全国气象事业的领导机构。竺可桢出任气象研究所主任后，要做的事千头万绪，在筹建北极阁气象研究所的过程中，充分显示出他杰出的领导才能和实事求是的科学精神。