1959年下半年，“两弹一星”等国防任务有急切需要，中科院上海有机化学研究所承担了核燃料萃取剂研究任务。“国家的需要，就是自己的责任。”强烈的理想信念打消了袁承业对改行的疑虑，他决心自力更生为我国原子弹的研制贡献力量。
急国家之所急，参与任务的科研人员，昼夜工作。袁承业曾组织研究人员一起去东北偏僻的矿山，在现场做萃取实验。
经过一年多努力，袁承业带领研究组胜利完成了核燃料萃取剂的研究任务，成功研制出一系列关键萃取剂。1964年，我国第一颗原子弹爆炸成功。“两弹一星”元勋钱三强后来评价：六十年代初，提取铀用的萃取剂研究，在当时是对国防建设起关键作用的。没有它就提不出铀。
承担核燃料萃取剂研究任务是袁承业研究方向的一次关键性改变，也是他人生旅途中的又一个重大转折。此后，袁承业组织社会调查，根据国家建设需要，自选研究课题，开展了军转民用的萃取剂研究。
“立足基础，着眼应用”是袁承业始终坚持的原则。袁承业和他领导的研究团队，通过几百个化合物的合成和萃取实验，找到了一系列性能良好、品种齐全的萃取剂，其中有11个品种实现了工业生产。
科研永不止步
“随着现代科学的发展，研究纯粹的、经典的、单一学科的课题已经很少了，大多数被多学科相互交叉、相互渗透的综合性学科所取代。”袁承业在一篇文章中这样说。
言行合一，他在科研的道路上不断创新实践。袁承业带领学生开展具生物活性有机磷化合物的新研究。他在九旬高龄时，还关心着钍基熔盐堆盐湖战略资源及锂同位素萃取分离等国家重大项目的研究，并为此向中国科学院提交《院士咨询报告》。
