作为一个全国性的机构，首先要有一个稳定、长久的所址。竺可桢走遍了南京的每一个地方，最后确定所址于北极阁。
为了在北极阁建立气象研究所和气象观测站，竺可桢整整奔走了一年。
北极阁是南京钦天山的通俗称呼。那是个海拔67米的小山丘，因小山顶上有一座道观叫北极阁而得名。它北瞰玄武湖，南眺南京市，山巅平坦，四周无碍，是建立气象台的理想地址。早在南北朝的刘宋年间，钦天山就设有司天台，元明两代这里也曾设有观象台，清康熙年间观测仪器移往北京，观象台在岁月的风雨中逐渐倾废。到了20世纪20年代，这里已是树木丛莽荆棘遍地的荒山，山顶尚存的北极阁道观颓垣残壁，木柱朽腐，楼板洞穿，已经不可登临了。
暮春三月，正是江南莺飞草长时节。竺可桢与建筑设计工程师一同到北极阁勘察建筑地点，拟就建筑计划。每一处的布局，每一个施工中的问题他都亲自过问。他甚至为北极阁破旧道观中的一位老道士安排了生活，并多方奔走，迁走了住在里面的一批俘虏兵。
日子一天天过去，钦天山气象所建筑工地上，处处留下了竺可桢瘦小矫健的身影。随着基建工程的大体完成，气象研究所于1929年初正式迁入北极阁。
这里是市区的最高处。北极阁顶建起了三层塔式观测楼。观测楼呈六棱柱形，底层是宽阔的台座和回廊，六根台柱托着宽敞的环楼观测阳台；第二层也是环楼观测阳台，比第一层略窄些；第三层是观测平台。在这里，可以俯瞰南京城。从此，观象台就成了金陵古都的新景致。
工作生气勃勃地展开了。除了原已进行的地面气象观测外，气象所先后开展了高空气象观测，天气预报和气象广播。同时，还开展了物候、日射、空中电气、微尘及地震等项观测业务和研究工作。接着，气象所先后在南京、北平等地开展了测风气球、探空气球、飞机探测和气象风筝等项工作。1932年，北极阁气象所开始了地震的记录，这是我国最早的地震台之一。
地面气象观测主要是观测和记录各种天气现象，如风向风速、云型云量、能见度、气温气压、湿度等。它是气象预报、气象研究工作的基础，因此，要求气象观测必须十分严格、认真、准时、准确。无论严冬酷暑、风雨雷电，测候员都必须按规程进行观测，不可以有半分钟的延误和疏漏。
南京的冬天，十分寒冷。那是一个雪天的凌晨，北极阁上朔风刺骨，滴水成冰。这一天，气象研究所年轻的测候员朱炳海值班。他的任务是从早上6点到下午1点，每小时观测一次各气象要素。
清晨5点半，朱炳海从温暖的被窝中出来，穿好衣服，打着寒战进行照例的准备工作。6点整，他开始观测气压表、温度表、湿度仪，他一边查看，一边记录。窗外是昏暗的天，四周俱寂无声。
突然，外间办公室的灯亮了，门开处，一股袭人寒气钻了进来。竺可桢微笑着站在年轻的朱炳海面前，他脸上毫无倦意，亲切地说：“你继续工作吧，我睡不着，来这里看看。”
竺可桢常常不定时地检查测候员的工作，不放过任何容易疏漏的地方。如果夜间有雨，到清晨6点第一次定时观测的时候一旦雨过天晴，就容易忽略察看雨量筒中的雨量。竺可桢常常亲自检查，如发现观测员漏测漏记，他就会严格地对他们进行批评教育。他这种严肃认真、一丝不苟的工作作风，深深地影响着他的学生和下属，使他们在学习和工作中终身获益。
……半个世纪过去了，已成为南京大学大气科学系教授的朱炳海每忆及此，还是禁不住感慨系之。
气象研究所成立之前，我国的天气预报主要是由外国人办的气象台在中国发布。1930年元旦，气象研究所正式绘制东亚天气图，发布天气预报及台风警报，收回了对沿海各气象站的管理权力。竺可桢一改原来的英制气象记录标准为国际通用的摄氏度、毫米标准计量单位。从此，我国开始有了自己领土领海的气象预报。
20世纪30年代的一天，竺可桢正在北极阁气象研究所安排工作，金陵大学的一位教授偕同两名日本人来到北极阁。
这两个日本人脖子上挂着照相机，他们对竺可桢点头哈腰地说：“我们是日本的农学家。因为气象事业和农业生产有很大的关系，所以我们特来参观贵台。希望能够实地摄影，带点宝贵的资料回国学习。”
当时已是七七事变之后，日军侵略者的气焰十分嚣张，借机寻衅的事随时可能发生。竺可桢义正词严地拒绝道：“气象台属国家机密，不能让外国人随便照相和参观。很遗憾，对你们的要求，我不能同意。”
面对竺可桢的拒绝，那两个日本人还不死心，他们悻悻地说：“你这样做，同贵国政府的‘睦邻政策’未免有些不合吧？恐怕会有损两国的友谊呢。”
竺可桢听后，觉得又好气又好笑，他不卑不亢地回答说：“友谊的前提是互相尊重，双方平等。这个道理你们一定懂得。”
还是在这一年，竺可桢带队参加了在香港召开的远东气象会议。
会议期间，香港港督和会议的会长先后两次举行宴会。宴会上，中国和泰国的席位被安排在末席。竺可桢认为，这是有损我国国格的安排，是令人不能容忍的。他和出席会议的我国成员商量后决定：以不再出席会议的行动表示抗议，并提前乘坐海轮返回上海。
这一桩桩事情，更加坚定了竺可桢独立自主创办我国气象事业的决心。他把全部精力和心血都投入到北极阁气象研究所的建设和发展中。
气象所建于钦天山，有利于气象观测，但山路狭隘，交通不便。竺可桢买来几千块旧城砖，砌了山间阶梯，又修筑了直通山顶的盘山碎石汽车道。
研究所还建了图书馆，图书馆的最下一层是地震仪室，这里安装了三层窗户，可保持室内恒温恒湿。
气象研究所的经费十分有限，竺可桢精打细算，把有限的经费主要用于购置气象仪器设备和图书期刊。为了压缩行政事务开支，气象所任用20多人，其中90％是科技专门人才，许多事务性工作均由科技人员兼任。
竺可桢的家住在山下，给他配备的小汽车他只用于外出办公事。每天上下班他都是步行爬山，只有遇上风雨，他才允许汽车接送。他说，这样既节约了经费，又锻炼了身体。所里的年轻人有时下山买东西，想乘坐所里的汽车，见竺可桢如此严于律己，也纷纷仿效。
从建所那年开始，每个春天，竺可桢和全所的同事都要在山上植树。他们在山坡上种了松柏，在开阔地种了杨树，在路边种了梧桐。年复一年，北极阁披满了绿荫，10万株树木蔚然成林。
气象研究所掩映在绿荫中，昔日荒凉的北极阁，如今成了全国气象科学研究的基地和指导全国气象事业发展的中心。这里不仅有浓郁的学术气氛，还有宁静幽雅的环境，引得许多人前来参观。蔡元培先生决定将中央研究院总办事处也设在钦天山上，并要求各研究所都集中到钦天山一带。
3．从梦想到现实
从开始负责气象研究所的筹建，竺可桢就开始了全国气象事业的宏伟构想。他拟定了《全国设立气象测候所计划书》。在计划书中，他阐述了气象与农业、渔业、航海、航空、水利及科学开发、破除迷信的关系，提出了在全国各地划区设气象台，视区域大小及地形人口设气象测候所。按他的计划，10年内，全国应有10座气象台，180个测候所，1000个雨量测候所。
对于偌大的中国来说，这只是最起码的计划。可对于积弱积贫的中国来说，要建设如此规模的气象站网则近乎是美丽的梦想。为了让梦想成为现实，竺可桢在全国气象站网的建设和气象测候人员的培训两方面费尽了心血。
蜀道难行，路途不便，为了在海拔3000米以上的峨眉山上开展高山测候，竺可桢亲自送气象研究所职员胡振铎等三人登上了入川的轮船。从四川寄出一封信，待走到南京到了竺可桢的手中，时间已过去了两个多月。而要在云山阻隔的峨眉山上开展高山测候，各种困苦不言而喻。
巍峨的泰山极顶，雄奇壮丽的日观峰，这里海拔2400多米，风云变幻，气象万千。玉皇顶道观的三间小屋，是泰山早期的气象测候所。竺可桢决定，把这里办成一个永久性的高山气象站。
他多方筹措资金，会同山东省建设厅等部门，议定以泰山日观峰为泰山气象台。
1936年初，竺可桢亲自到泰山检查气象台建筑的进展。泰山沿途有历代帝王和文人骚客留下的碑文石刻，泰山极顶有雄浑奇丽的自然风光，可竺可桢顾不上细细欣赏，当地流传的老百姓的谚语却吸引了他的注意。“西南风，雨祖宗。”中国许多地区一般都认为“东南风，雨祖宗”，为什么这个地方与之不同呢？他一头扎进了泰山气象观测资料中。经过研究分析，他弄清了泰山与其他地方明显不同的风向和降水的关系，这是由泰山特殊的地理位置和气象条件所决定的。