Vladimir Vernadsky partit pour Paris en 1922, avec la promesse faite à M.P. Pokrovsky, commissaire à l’éducation, en charge des institutions scientifiques, de revenir pour jouer un rôle dans le cadre des sciences de la Russie soviétique.
Grâce à ses amis russes à Paris, il avait pu obtenir un poste à la Sorbonne, pour l’enseignement de la géochimie. Son travail y fut important, cependant il ne trouvait aucun espace suffisant pour mener ses travaux.
En 1923, il se tourna pour ce faire vers la Carnegie Institution of Washington, D.C., le National Research Council in the United States, la British Association for the Advancement of Science. Il se tourna également en 1924 vers le Muséum d’histoire naturelle, pour disposer d’un laboratoire.
Cependant, rien ne fonctionna ; c’est toutefois dans ce cadre qu’il cultiva ses relations avec Marie Curie en France, Otto Hahn en Allemagne, Lord Rutherford et Frederick Soddy en Angleterre, et qu’il produisit l’ouvrage La biosphère, écrit en 1925 à Paris et à Prague.
Également en contact ininterrompu avec la science soviétique, par l’intermédiaire de ses anciens assistants à l’Institut du radium et à la Commission des forces productives naturelles, la situation se débloqua alors, le pouvoir soviétique étant désormais en mesure de lui fournir un poste à l’Académie, avec la possibilité de choisir la direction de ses recherches.
Vladimir Vernadsky revint alors en Russie soviétique, arrivant avec sa femme à Leningrad en mars 1926.
Il faut noter également qu’en 1926, Vladimir Vernadsky est nommé membre étranger de l’Académie tchécoslovaque des sciences et des arts, ainsi que membre par correspondance du club pragois des naturalistes. Il est également membre éranger de l’Académie yougoslave des sciences et des arts, membres de la Société géologique de France, ainsi que de la Société de chimie d’Allemagne et de la Société de minéralogie des États-Unis, de la Société de minéralogie d’Allemagne. A partir de 1928, il est membre par correspondance de la section de minéralogie de l’Académie des sciences de France.
Il est aussi membre honoraire de la Société de chimie biologique d’Inde en 1935, membre par correspondance de la Société géologique de Belgique en 1938, etc.
Son assistant dans son nouveau laboratoire à Leningrad fut Alexandre Vinogradov. Ce dernier deviendra vice-président de l’Académie des sciences de l’URSS, ainsi que l’un des principaux océanographes et le responsable de la géologie spatiale.
Vladimir Vernadsky fonda par la suite un laboratoire biogéochimique à l’Académie des sciences, avec plusieurs dizaines de chercheurs ; installé en 1928 à Leningrad, le laboratoire déménagea à Moscou en 1935.
En 1934, il organisa une Commission pour les études sur l’eau lourde, dont il prit la tête. Il participe la même année à la conférence pansoviétique sur la stratosphère.
dans un sanatorium de la région de Moscou.
En 1935 et en 1936, il voyagea pour des missions scientifiques en Allemagne, en Angleterre, en France et en Tchécoslovaquie.
Vladimir Vernadsky participa également notamment au second congrès international des sciences du sol à Leningrad en 1930, au premier congrès international sur la radioactivité en Allemagne en 1932, au congrès international de géologie à Moscou en 1937, fondant en 1938 un Comité pour les météorites auprès de l’Académie des sciences.
Lorsque celle-ci connut une réorganisation en 1939, il devint un membre important de pas moins de trois départements : celui de géologie et de géographie, celui de chimie, celui de physique et des sciences mathématiques. Il devint également la même année le directeur honorifique de l’Institut du radium.
Il est de 1939 à 1945 président de plusieurs commissions de l’Académie des sciences d’URSS : celle sur les météorites, celle sur les isotopes, celle sur les eaux minérales, celle sur le permafrost, celle sur l’utilisation et la préservation des eaux souterraines, celle sur la détermination de l’âge géologique des roches.
En juillet 1941, il fut évacué à Borovoe, une station de repos en Sibérie, proche du Kazakhstan. Il y resta pendant plusieurs années, sa femme Natalia Egorovna décédant en février 1943.
La même année, le laboratoire biogéochimique fut renommé Laboratoire V.I. Vernadsky pour les problèmes bio-géochimiques, et Vladimir Vernadsky reçut le Prix Staline.
Il revient par ailleurs à Moscou en août de la même année ; ses dernières années d’activité étaient tournées vers la question du nucléaire.
Il initia la construction du premier cyclotron soviétique, supervisa le développement de la radiogéologie et de la biochimie, cofondant en 1940 la commission sur l’uranium, dont il devint le vice-président.
Médaillé comme Héros du travail socialiste en 1944, il donna la moitié de l’argent du prix à l’effort de guerre.
Il décéda le 6 janvier 1945 à Moscou. Il avait écrit 416 œuvres, dont 100 au sujet de la minéralogie, 70 sur la biochimie, 43 sur l’histoire des sciences, 37 sur l’organisation des sciences, 29 sur la cristallographie, 21 sur la radiogéologie, 14 sur les sols.