当卢嘉锡乘坐的轮船还在太平洋上航行时，关于他回国的消息已在国内科学界传开了。
还是在马里兰工作的1944年，卢嘉锡就接到厦门大学萨本栋校长的信，希望他回国后到母校任教。1945年夏，他又收到浙江大学理学院胡刚复院长署名的电报，希望他到浙大任化学系教授兼系主任，请他拿定主意后立刻回电，回电费已由浙大预付。由于不了解阔别七八年，特别是1945年萨本栋辞职后的厦门大学的情况，卢嘉锡在给胡刚复院长的回电中答应到浙大任职。
1945年12月6日，卢嘉锡抵达上海。胡刚复院长亲临上海相迎。见面后，经过一番长谈，应聘一事就算初步定了下来，只是没有正式报到。
1946年1月3日，卢嘉锡搭乘一艘小轮船，匆匆赶回厦门，与家人团聚。久别重逢，亲人们问长问短，问个不停，嘉锡也有一肚子话要说。安静下来后，卢嘉锡才发现在他出国前半年出生的儿子嵩岳已经长成大孩子了。8岁的嵩岳不认识爸爸，躲在妈妈身后，偷偷地看，过了好一会儿，才走过去，轻轻叫了声“爸爸”。团聚之后，卢嘉锡怀着激动的心情重访母校。
厦门大学比8年前更宏伟、更漂亮了。走在熟悉的校园小径上，享受着熟悉的阳光和芳香，卢嘉锡思绪万千，心情难以平静。更让他难以平静的是新任校长汪德耀情真意切的邀请。汪校长恳请卢嘉锡留在厦大，为母校出力。
此时，浙大也以竺可桢校长的名义几次来电催他“早日来杭”。这样，在聘用卢嘉锡的问题上，两校互不相让，厦大培育他多年，可谓恩重如山，拒之无情；与浙大有约在先，拒之则失信，而卢嘉锡偏偏又是一个重信用的人……这在令他进退维谷。
最后，教育部出面调解，让卢嘉锡两头受聘。就这样，从1946年到1948年，卢嘉锡往返奔波杭州、厦门两地，讲学授课。1949年，随着国民党政府垮台，这两头受聘的协约才自动解除。
卢嘉锡兼任厦大和浙大两校的化学系教授及主任，虽然辛苦劳累，却也使他有充分的“舞台”展露自己的才华和毅力。很快，卢嘉锡就蜚声讲坛，成为一名优秀的教授。
和从前一样，卢嘉锡对待工作兢兢业业。满怀热情。无论是在厦大，还是在浙大，他都尽心竭力地讲好每一堂课，无微不至关怀每一个学生。他学识渊博而且善于表达，既注重逻辑严密，又善于深入浅出，讲起课时生动活泼，绘声绘色，并且见解独到。
为了教好一门课程，卢嘉锡通常在参阅大量有关的参考书，融会贯通，加工提炼之后，用深入浅出的语言表述出来；再加上他声音洪亮清晰，板书俊逸工整，使整个讲课过程，仿佛是一条涓涓溪水，流过学生心田；又仿佛是一处处奇峰胜景，吸引着学生流连忘返。不仅是他的学生，就连那些从教多年、水平相当高的教授，听了他的课，都无不为他化艰深为平易、化枯燥为丰富多彩的惊人才华所倾倒。
无论是在厦大，还是浙大，卢嘉锡的课堂上总是座无虚席。除了本系的学生外，还有不少外系的学生、助教、讲师甚至教授听课。教室里坐满了，后来的人就自带凳子挨着门口、窗边坐着听讲。他成了当时两校公认的最受欢迎的教授之一。1947年初，卢嘉锡结束在浙大的首次教学任务，即将返回厦门之际，浙大140多名师生，包括当时的代理校长郑晓沦教授联名写下了热情洋溢的挽留信。
1947年，随着内战愈演愈烈，国统区物价飞涨，饥寒交迫，民不聊生。卢嘉锡一家的生活也是每况愈下，入不敷出，：陷入困境之中。到临解放那一年，卢嘉锡和逊玉已有3个孩子，长子嵩岳、二子咸池、三子象乾，一家五口人靠他的“薪俸”过日子，而逊玉又再怀孕。在生产实在无以为继时，卢嘉锡只得变卖家当艰难度日。家里断炊了，吴逊玉被逼无奈取出珍藏多年的心爱之物——她和嘉锡结婚时互赠为纪念、分别镌刻着他们二人名字的一对戒指卖掉，才换回了一袋大米。
这种后果，是卢嘉锡回国前没有预料到的，糊口尚且如此艰难，又怎么能谈得上“科学救国”呢！心中的梦想在现实的铜墙铁壁上撞得粉碎，卢嘉锡心情沉重。忧国忧民之念，又一次使他辗转反侧，彻夜难眠！
就在生活困顿、理想破灭的时候，卢嘉锡接到了在美国时具体指导他从事研究工作的高级研究员休斯博士的来信。休斯在信中谈到：你回国后虽然与家人团聚了，但又遇上战乱，无法从事科研活动，卢嘉锡先生，我们欢迎你再度回到美国，或者干脆把家搬到美国来。随信还寄来了鲍林和卢嘉锡当年的合影。
卢嘉锡读了这封信，心中不由得涌起重重感慨。照片勾起他无数美好的回忆，大洋彼岸宁静、温馨的研究环境，先进的科学技术，优越的科研条件。这一切，对于一个热爱科学、决心一生献身科学的学者来说，无疑有着极大的吸引力。可是，卢嘉锡最终还是婉谢了休斯博士的邀请，异国虽好，终归不是自己的家园；世事艰难，学者更应该经受考验。
1948年底，国民党大势已去，败局已定。当时由青岛撤迁到厦门并借助厦大教学力量维持上课的国民党海军军官学校，正在准备撤离大陆，逃往台湾，该校当局几次派人劝说卢嘉锡到台湾去，他始终不为所动。因为在回国这几年中，他亲眼目睹了国民党的腐败没落，同时，从厦门大学地下党组织和进步学生不屈不挠的斗争中，他渐渐认识到，只有共产党，才能真正给苦难的中国带来希望和光明。
在整个内战时期，正直而又富于良知的爱国学者卢嘉锡参与了厦大一系列爱国民主运动，并为维护和发展教育事业、保护进步学生和地下党作出不懈努力。
1949年4月，卢嘉锡当选为厦门大学校友总会理事长。此时，厦大师生正在开展空前的“三罢”斗争，特别是全体教职员的总请假，在厦门以至全省起了极大轰动。但是，长此下去，不仅教职工的生活无着，学校也必将被迫关门。出于对母校的关心，校友总会理事会决定发动募捐劳师基金。经过努力，共募集到各种捐款折合美钞6063元，白米618.5千克，帮助师生度过了新中国成立前夕的极端困难期。
1949年5月，厦大创办人陈嘉庚，应中共中央主席毛泽东的邀请，从新加坡回国参加首届中国人民政治协商会议筹备会。当时已接近全国解放，可厦门仍然处在黎明前的黑暗之中。陈先生回国前，卢嘉锡曾以厦大校友总会理事长的身份，致函邀请他回国后顺便到厦大检查工作。此函后来还公开刊登在厦大校友通讯上。不料，这件事惹恼了国民党厦门当局，把卢嘉锡列入了“黑名单”。
在新中国成立前夕的白色恐怖中，国民党大肆搜捕和屠杀地下党员和进步学生。卢嘉锡置个人安危于不顾，积极帮助身处险境的进步人士逃离虎口，他曾冒着极大风险介绍地下党员朱木水（厦大工友）到香港暂时避难。
生活窘迫，环境险恶，并没有磨损卢嘉锡创业的雄心。此时，他在主持化学系的工作。他在积极支持、参与爱国民主斗争的同时，还不断地思考如何把厦大化学系办成国内一流的化学系。
在走向“南方之强”的发展中，化学系历来是厦门大学的主要台柱系之一，卢嘉锡深知这其中饱含着无数前辈毕生的心血。如今，母校郑重地把这副担子交到他手中，他怎能安于“清静无为”，而愧对前辈们的付出呢？不过，此时卢嘉锡面对的早已不是先前那个师资雄厚、名家咸集的化学系了。
抗战期间，不少教授先后离去，尤其是萨本栋校长辞职后，和他私交甚笃的理学院院长傅鹰教授，及蔡镏生教授也相继离校。此后，化学系的师资力量一落千丈；连年战火，化学仪器破损严重，药品极度匮乏……卢嘉锡面对的就是这种令人心寒的局面。
可是，卢嘉锡没有退缩，也没有气馁，他勇敢地担起了这副重担，并且抱定重振化学系的决心，殚精竭虑，四处奔走。
最让他头疼的还是师资问题。学校经费紧张，正常开销都难以维系，更谈不上高薪礼聘名家了。厦大偏居东南一隅、交通极为不便，化学系欲重振雄风，凭借什么“筑巢引凤”呢？
卢嘉锡凭借的是自己敏锐的洞察力、顽强的意志力和人格的吸引力。他不放过任何一个延聘名师、网罗人才的机会，每次都是亲自出马，以情感人，以诚动人，这往往能够获得令他振奋的成功。
抗战胜利后，在军医大学任教的方锡畴教授从遵义回厦门观光和看望亲人。方锡畴教授是卢嘉锡大学时期的老师，抗战时离厦门回内地。卢嘉锡得知老师回厦门的消息后，忙登门拜访。
师生重逢，各诉别后情况，说到动情处，两个人相互端详，都忍不住慨叹岁月无情，当年满头青丝的老师，如今已两鬓风霜；当年瘦小精灵的娃子，如今已近中年。谈起各自的工作，嘉锡十分关切地问道：
“方先生在遵义那边一切还好吧？”
“异地谋生，实在是不得已呀！”
“想过回厦门工作吗？”
“离开厦大好多年了，不知学校的情形怎样？”
“我希望能重振化学系昔日风采，可惜人才匮乏。您是位资深教授，化学系正日夜渴盼你回来支撑大局呢！”嘉锡说完，热切地注视着自己的老师。
方锡畴沉默了。厦门是他的家乡，厦大是他执教过多年的一片热土，这些年来，他一直牵挂着这里，眷恋着这里。如今，自己的学生已经成长起来，并且立志把化学系办成一流水平的强系，自己有什么理由不为此出一份力呢？
接着，卢嘉锡又了解到，祖籍厦门、在印度任教的有机化工专家吴思敏教授有心回国。他立即与吴教授取得联系，请他来校任教。
不久，留学美国加州理工学院的钱人元，在来信中透露了回国的意向，卢嘉锡当即向他发去邀请函。钱人元是一位学识渊博、思想活跃的青年学者，回国以后，在高分子物理领域建树颇多。
卢嘉锡不仅四方延请名师，而且十分重视培养优秀教师。1948年，他曾推荐陈国珍赴英留学。陈国珍学成后回母校化学系任教。卢嘉锡又推荐他担任化学系主任，并为他开展工作创造了各种有利条件。
卢嘉锡认为，要办成一流的化学系，光有一流的师资还不够，还必须开设创新性课程，把化学系的科研水平推向世界前沿。为此，他和钱人元教授在40年代后期，分别设置了现代化学、统计热力学这两门当时国内少有的课程。
在卢嘉锡的领导下，化学系不仅教学水平上了一个新台阶，而且学术风气也日益浓厚，在国内享有很高声望。
建国后，卢嘉锡工作热情更高，办好化学系的信心也更加坚定了。随着各项工作步入正轨，他开始致力于研文化建设，组织开展科研工作，培养高层次人才。
50年代初，由他创办的结构化学专业和陈国珍教授创建的分析化学专业，均处于国内领先地位，在我国高校中享有较高声望。1950年，他在国内高校中首先创办了以结构化学为主的化学研究所，并亲自担任所长，同时在国内首次招收了以结构化学为主的物理化学研究生。1951年，又招收了结构化学研究生，成为新中国成立后在我国开展研究生教育的先行者之一。
1951年，陈国珍教授接任化学系主任后，卢嘉锡仍然时刻关心着化学系的发展。
在厦门大学院系发展史中，对卢嘉锡作出了这样的评价：“作为学者和教育家，卢嘉锡教授对厦大化学系的发展贡献卓著。”
