1960年初，宋家树被中央组织部调至第二机械工业部北京第九研究所，参加中国核武器研制攻关工作，开始进入了核材料应用研究的领域。

1964年初，宋家树调至青海基地国营221厂，担任生产部车间副主任，负责原子弹及氢弹核心——核材料部件的研制。“文化大革命”期间，宋家树受到迫害被迫中断工作达3年之久。

1973年9月，宋家树被调往903厂，历任副总工程师、总工程师兼副厂长，从厂的筹建到全面负责厂里的技术、研究和生产任务，做了大量富有成效的工作，并参加了1982-1988年间的一系列核武器试验任务，突破了与新型核武器研制有关的关键技术。

1985年12月，宋家树调任中国核工业部军用工业局总工程师，参与核工业部军用工业的技术领导与管理工作。同时他开始步入“军备控制”研究领域，并成为中国该项研究工作的领导者之一。

1986年，宋家树任国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究员，高级顾问。

1991年—1996年，宋家树任中国工程物理研究院科技委委员，国防科工委科技委兼职委员，核材料学会副理事长，中国原子能机构核材料管制办公室专家委员会成员。

1993年，宋家树当选为中国科学院技术科学部委员。

1997年，宋家树任中国工程物理研究院科技委委员，九所顾问。

2024年6月30日14时30分，宋家树同志因病医治无效，在北京逝世，享年93岁。

20世纪50年代宋家树从事高温合金及金属强度研究，取得不少成果。之后，在特种核材料应用研究这一科技领域中进行了长期的开创性的研究，有不少创造发明。曾参加第一颗原子弹、氢弹的关键部件技术的攻关，为此曾获多项国家级奖励。他还从事新材料及能源领域发展战略和军备控制方面的研究。20世纪80年代中期开始，宋家树参与并组织军备控制研究；曾应聘参加国家高技术计划，科技攻关及新材料应用研究计划的编制工作。

宋家树应邀出席了多次国际会议，结识了一批同领域的外国专家，中国科学家与美国科学院CISAC委员会更是进行了长达10年的学术交流，促进了中美两国科学家的相互了解，也使他把握着军控研究国际前沿跳动的脉搏。他倡导科学研究与政策研究相结合，不仅使军控研究得以一步步深入，还对国防建设和外交斗争相关问题提供了决策咨询。

截至2017年1月，宋家树并获得国家科技进步奖特等奖（主要完成人之一，1987年）；国防科工委重大科技成果三等奖（1980年）；国家发明奖三等奖（第一发明人）两项（1987年，1988年）。

宋家树言传身教，注意发挥中青年科技人员的作用，培养出了一支高素质的中青年科技队伍。学生从他身上领悟到的是为人、为学、治事的真谛，对科学事业的执著追求，其中许多人已成为科研骨干和学术带头人。

1993年当选为中国科学院学部委员。

1973年—1985年宋家树担任中国核学会材料分会副理事长，1994年宋家树出任“中国核裁会科学家军控研究小组（CSGAC）”主席，他还担任中国科学院军控研究小组主席；亚太安全合作理事会（CSCAP）中国委员会委员。

宋家树祖父宋竹荪曾求学于日本军政学校，并在日本成为孙中山先生发起的最早的同盟会员之一。宋竹荪深谙受教育对于人一生发展所起的作用，力主将儿女全部送出读书，由于自己无暇打理家政，致使家道中落。至宋家树父亲成人时，仅能就读于国内的高级中学，并且在毕业后随即找工作糊口，以致父子、祖孙皆难得谋面，直至1947年，宋家树才第一次在安庆见到了祖父。

宋家树从事高温合金及金属强度研究并获得成果。作为新一代核武器攻关的技术负责人之一，他完成了新型核材料及关键热核部件的攻关任务，在特种核材料应用研究领域中进行了长期的开创性研究，参加过第一颗原子弹、第一颗氢弹的关键部件技术攻关，为发展中国的核武器技术作出了重要贡献。（大连理工大学校友会评）

宋家树非常重视培养年青一代科技人才， 言传身教，热心指导，在组织完成各项科技攻关任务中，培养带出了一支高素质的中、青年科技队伍 ，为中国核技术的发展作出了重要贡献。（中国科学报评）