中央农业实验所等单位的建立
1931年，国民政府实业部设立中央农业研究所筹备委员会，派实业部副部长、1914年获美国农科硕士学位的棉业专家穆藕初为主任，中央研究院自然历史博物馆馆长钱天鹤（1892—1972）为副主任，邹秉文、沈宗瀚等共16人为委员，拟设植物生产、动物生产及农业经济三科。该会选定南京孝陵卫所址，草拟工作规程，确定中央农业研究所（后改称中央农业实验所）主管全国农业技术改进。中央农业实验所占地面积2400余亩，规模宏大，实验设备完善。这一时期，全国经济委员会设立中央棉产改进所，行政院设立全国稻麦改进所，实业部设立全国稻米检验监理处与全国小麦检验监理处，均设在孝陵卫中央农业实验所内，人员互相兼职，工作密切配合，稻麦棉改良工作日臻完善。农业科学实验和技术推广逐渐由中央农业研究机构领导起来。
中央农业实验所、全国稻麦改进所、中央棉产改进所等广延中外专家，改良全国农业，同时各省均设农事试验场，各大学多设农学院，对于稻、麦、杂粮、棉花、园艺、土壤、肥料、昆虫、病害、兽医、蚕桑、森林树木、农情报告、土地利用、农场经营、仓储、农产运销、稻麦棉的分级检验等，多方面研究改良，理论与应用并重。这一时期已能运用温室、细胞室等条件设备，进行诱致棉花突变与杂交小麦细胞遗传的研究。各大学农学院亦多参照中央大学与金陵大学农学院的组织、教学、研究及小规模推广结合方式，作物育种、土壤、肥料、植物病虫害、园艺、兽医、造林、农业经济等教学与研究工作，在此时期进展明显。
征集作物品种资源，倡行农业科技交流
1.征集作物品种资源。
1931年，中央农业实验所为充实过去农业院校研究单位征集作物品种的工作，在黄河流域、长江流域各省采集小麦单穗3959种份，又征集当时苏联小麦202种份，美国小麦207种份。1932年秋，中央农业实验所与中央大学、金陵大学农学院合作，购得英国里丁大学J.潘希维尔（Persival，John）教授征集的全套世界小麦品种1700种份。汇集较多的育种原始材料，为小麦育种技术的发展创造了良好的条件。1933年，中央农业实验所组织专家分赴苏、浙、皖、赣、湘、鄂6省农田中采选籼、粳、糯稻单穗4 万余，并向国内外征集水陆稻优良品种664个，进行稻作育种、生态、生理、细胞、遗传、田间技术以及分类等项试验研究。1935年底，全国稻麦改进所成立，赵连芳（1894—1968）博士任稻作组主任，内则充实人才设备，并与中央农业实验所土壤肥料、病虫害、农业经济各系联系合作，外则在苏、浙、皖、赣、湘、鄂、川、粤、桂、闽、豫、陕等12省合作改良水稻。这一时期，我国品种资源的征集、整理、分析、利用达到了较高水平。
2.倡行农业科技交流。
1931年，金陵大学农学院举办农作物讨论会，聘请中央农业实验所总技师、美国作物育种学博士H.H.洛夫主讲生物统计方法，将运用生物统计分析的田间试验新技术传播给中国作物育种界。1934年，中央农业实验所邀请英国生物统计专家J.韦适博士（Wisharf，John）来华主讲田间技术及生物统计。1936年又邀请美国作物育种专家H.K.海斯（Hayes，H.K.）博士讲授作物育种方法。这些，对提高我国稻麦育种技术和方法，有很大的推动作用，国外农学一些新进展也更引起人们关注。
1934年，由中央农业实验所技正沈宗瀚等负责筹备，中央大学农学院、金陵大学农学院共同协作，全国作物改良研究会议于11月17—19日在南京召开。出席会议的有中央农业实验所，中央大学农学院，金陵大学农学院，河北、河南、广西、广东、陕西、浙江、湖南、湖北、山西、山东、江苏、安徽等地代表83人，其中教授、技正级20人。会上演讲的论文28篇，内容多为研究各种作物（小麦、水稻、玉米、大豆、棉花、粟、高粱、蔬菜、果树、甘蔗、茶及华南特种作物）育种，涉及育种与病害、抗虫育种、试验标准及统计分析、细胞遗传与育种的关系等方面。
这次会议可以视作中国作物改良研究迈向新阶段的起点。会上沈宗瀚发表题为《中国作物育种事业之过去、现在及将来》的演讲。就作物育种方法而言，他将1915 —1924年划为第一期，这时以棉作为主，稻麦为副；育种方法以选种及引种为主；比较试验以田间观察及室内考种为主，“产量计算及生理遗传等问题，则非所注意”。这是育种事业的“幼年时代”。将1925—1934年划为第二期，这时试验以稻、麦、棉、豆、高粱、粟为主，改向来注重观察以选种的旧法，一变而为应用统计及利用遗传以改良品种的方法。沈氏称第二期为“少年时代”。随着金陵大学农学院与美国康乃尔大学的合作项目期满，1934年洛夫教授离华返国， “故今兹之育种事业，全在国人之努力”。沈宗瀚认为以育种事业之年龄而言，到了1934年，“亦达成人时代，独立奋斗，为中华育种前途创造一新纪元，责在吾兆”。他提出当时育种事业的要务为：（1）集合国内研究人员，分工合作。（2）协助优秀农业机关，经费缺乏时，予以相当补助，俾内部充实，而得尽量发展。（3）聘请世界育种专家来华讲学，以介绍新学识而训练人才。（4）促进种子推广事业，使优良之种子为农民所乐用，故主持育种事业者，选种务极精当，推广务极普遍，以增社会对于育种事业的信仰。沈宗瀚的文章反映了当时中国对农业科学技术内外交流已达较深的认识程度。
农业技术改进从多种分支领域呈现
中央农业实验所、全国稻麦改进所、中央棉产改进所、稻米检验及小麦检验监理处等单位在农业技术改进上作出许多贡献。在土壤肥料方面，中央地质调查所自1930 年起调查全国土壤，于1936年由T.梭颇（Thorp，T.）撰写成《中国土壤》专著，并制成全国土壤分类图。广东土壤调查所1930年成立，邓植仪（1888—1957）所长于 1934年曾汇总该所历年调查所得编著《广东土壤提要》一书。1935年，中央农业实验所土壤肥料系张乃凤（1904—）等在江苏、安徽、山西、河北、河南、湖北、湖南、江西、云南、贵州、四川、广西、陕西等14个省68个地点进行156个氮磷钾三要素肥效试验，1942年发表了《地力之测定》论著。在作物方面，中央棉产改进所孙恩麟（1893—1961）所长根据气候、水利及运输等条件，提出将棉花增产重心放在陕豫鲁冀等省，推广美棉品种。中央农业实验所总顾问美国育种学家洛夫于1933年提出征集中美棉31个品种，在苏、浙、鄂、陕、鲁、豫、冀等省举行区域试验，以资选种。1935年，冯泽芳（1899—1959）继之主持此项试验，确认“斯字4号棉”（Stoneville）宜于黄河流域各省种植。“德字531棉”（Dolfose）在长江流域种植产量甚丰。金善宝1936年指出：斯字棉和德字棉是中央农业实验所和中央棉产改进所最近对于棉作育种的极大贡献。金善宝（1895—1997）搜集全国小麦900余品种，经过精密观察，1926年曾作出检定与分类。沈宗瀚从1932年至1935年，以征集到的100个农家小麦品种，根据气候的差异及改良时应注意的条件，在冀、晋、豫、鲁、浙、鄂、陕等省区进行试验，划分出冬小麦几个不同适应区域和春麦区域，为我国作物区域划分的最早研究，并开始按区域协调全国小麦改良工作。在病虫害防治方面，俞大绂（1901—1993）、陈鸿逵等选出小麦、大麦、粟、高粱、蚕豆等抗病品系多种并研究植病生理小种。戴芳澜继续中国真菌的调查工作，写成了《中国真菌名录》。中央大学邓叔群（1902—1976）发表《中国真菌志》，开展水稻、棉花病害研究。吴福祯（1898—1996）研制药剂防治棉花、蔬菜蚜虫的药剂药械，于1935年取得成功，投入生产，开始了大规模药剂治虫，华北美棉由此得以大量推广。在林业方面，陈嵘教授于1934年写成《中国树木分类学》专著。在蚕桑方面，孙本忠（1897—1968）以诸桂蚕与黄皮土种杂交而育成黄皮诸桂种。黄皮为显性，将其自交多代，成为黄皮自交种，再与任何优良品种交配而得第一代优势黄皮杂种，在蚕区推广饲育。在畜牧兽医方面，1921 年南京东南大学农科畜牧系开始引入乳牛、猪、鸡并进行饲养试验及牧草栽培研究。1925年，陈宰均（1897—1934）在山东青岛李村农场对不同猪种进行甘薯叶、谷豆、青粗饲料的饲喂试验。1926年，在他主持下，北京农业大学兴建动物营养研究室，进行动物营养及维生素的研究，为中国农业院校最早建立的动物营养科研机构。1934年，国民政府军政部于江苏句容建立种马牧场，遴选、购进国内外优种马，进行中外种马杂交至第五代，再与国外纯血种公马交配，将其后代横交固定，培育新型良马，肇始了我国军马采用近代家畜育种方法和人工授精的技术。1920年，上海龙怀皋从美国引进低温巴氏杀菌设备，生产消毒牛奶。1924年北京中央防疫处和青岛商品检验局的血清制造所生产了兽用血清、疫苗及马鼻疽诊断液。农副产品检验和动植物检疫也是在这一时期兴起的。 1928年工商部筹建上海商品检验局，邹秉文任局长。该局主要检验出口的生丝、畜产品、桐油、茶叶、蜂蜜、蚕种等。该局的设立，结束了中国农副产品检验长期由外籍人员把持的局面。实业部鉴于许多国家很重视牲畜入口检疫，为避免进口牲畜带进疫病，1929年决定由中央农业实验所和上海商品检验局联合建立兽疫检验所，由程绍迥为主任。1935年8月，上海商检局正式对进口牲畜进行检疫，由此，中国诞生了进口家畜检疫制度与技术。
这一时期由农学各分支学科专家发起建立的农科许多分支学会先后建立并开展了一定范围的学术交流。从1917 年6月，陈嵘等在南京发起建立中华农学会起，至1947年，已有中华林学会、中国园艺学会、中华昆虫学会、植物病理学会、中国作物改良学会、中国土壤学会、中国畜牧兽医学会、中国农业经济建设协会、中国水土保持学会等17个农业学术团体参加农学联合年会。各学会在出版学术刊物、丛书、审定农业科学名词和农业学校课程、组织科学试验、调查研究、技术推广、咨询建议方面发挥了不小的作用。二十世纪三十年代，中国农业、农业科技出现顺畅前进的形势。