1947年春，张文佑到美国地质调查局考察，实地考察了阿尔卑斯山的推覆构造，阿帕拉契亚山的变质构造等，对铀矿予以了特别的关注。10月回国，继续在中央研究院地质所工作，并兼任中央大学（南京大学的前身）教授（至1950年）。

1948年底，张文佑随国民党中央研究院迁移广州。

1949年，张文佑担任南京军管会接管中央研究院领导小组成员，同年北京大学、北京地质学院兼职教授，中国科学院地质研究所一级研究员。

1950年，张文佑担任全国地质工作计划指导委员会委员。

1951年，张文佑担任中国科学院地质研究所副所长，同年加入中国民主同盟。

1955年，张文佑当选中国科学院学部委员（院士）。

1956年，张文佑加入中国共产党。

1959年，张文佑主编了《中国大地构造图》和《中国大地构造纲要》两部专著，因此而获1982年国家自然科学二等奖。

1960年，张文佑应苏联大地构造学家沙茨基和西尼村的邀请，赴苏考察。

1974年，张文佑主编《中国大地构造基本特征及其发展的初步探讨》。

1980年，张文佑担任中国科学院地质研究所所长。

1983年，春节刚过（正月初七），张文佑前往晋北高原调查地下水，同年8月，太原西山一号孔出水，翌年4月，2号孔出水。同年深秋，他赴山东黄县勘察水利资源，成为他人生中最后一次野外调研工作。

1985年2月11日，张文佑病逝于北京。

20世纪30年代，张文佑就在北京西山解决了中国北方震旦系与寒武系的分界问题，在坨里一带建立了新的白垩纪地层剖面，在桂林完成了山字型等构造系形成过程和力学机制的模拟实验。

1937年，张文佑对广西山字型的研究是地质构造的力学分析与历史分析相结合方法的首次成功尝试。除构造地质和地层外，研究领域还涉及花岗岩原生构造，石灰岩地区的地下水，以及煤、钨、锡、钼、铜等矿产。

1953年和1960年，张文佑两次赴前苏联学习考察。当时他十分推崇前苏联的大地构造学成就，包括地槽－地台学说的进展，以及深断裂对沉积作用、岩浆活动和成矿作用的控制，岩石学的研究是与大地构造的研究相结合的，访问前苏联使他更多地学习了地质构造的历史分析，并使他坚定了将力学分析和历史分析结合起来的信心，这一方法也贯穿了他今后的学术活动的始终。

20世纪50年代中期，张文佑首先提出有一个鲁中断裂带（后称之为郯庐断裂带）以及该断裂带上产有原生金刚石的论断，后确在该带上找到了中国规模最大的原生金刚石矿床。1956年他考察柴达木盆地之后，提出隐蔽区才可能出油的论断，并为勘探实践所证实。接着他提出中国东部包括冀中、松辽等大型厚层沉积盆地有生油远景的见解，参与了中国石油天然气勘探基地由西向东移的战略决策，并因在大庆油田发现过程中的突出工作，成为1982年国家自然科学一等奖的获得者之一。

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1974年，张文佑提出了“断块构造学说”，并把它发展成为一门以线形构造为本、以槽台学说和地质力学为体、以板块学说为借鉴，以辩证唯物论的认识论为指导的大地构造学说，并因此而获1978年全国科学大会奖。同年张文佑提出的“定洼探边”、“定洼探隆”的观点，提高了油气储采比，开创了油气勘探的新局面。他提出的断块煤田的见解--断裂形式和性质控制成矿环境、成矿部位及煤田深层地下水的观点，亦为实践所证实。

1983年，张文佑领导和主编了“中国及邻区海陆大地构造图（1∶500万）”，系统全面地表示出中国及邻区的断块大地构造格局；在“断块构造导论”（1984）和“中国及邻区海陆大地构造”（1986）两书中则系统地阐述了断块学说的理论、方法和现阶段的思想成果。

截至1985年2月，张文佑先后获得全国科学大会奖、国家自然科学一等奖、二等奖、中国科学院科技成果一等奖等。

张文佑的座右铭是：敏于观察，勤于思考，勇于创新，敢于攀登。他遵循当时中国科学院“任务带学科”和“出成果、出人才”的方针，在完成国家任务过程中进行学术创新，培养开拓性人才。他以“源于实践、高于实践”和“博采众长、推陈出新”的理念统一用于学术研究和人才培养。他提倡兼收并蓄，不同学科之间互相渗透、边缘杂交。

张文佑兼任主任的构造地质研究室，先后设置构造力学、新构造、深部地质、古地磁、高温高压试验、地热、航空-遥感地质以及岩石大地构造、前寒武纪大地构造、构造的数学力学分析、构造水文地质等实验室和研究组，组织多种专业人才进行单学科纵向深入和多学科横向综合的立体研究。

张文佑关注年轻人才的成长，常把研究生和年轻人送往不同学科、不同学派的科学家那里进行联合培养，对努力、用心、有胆识、有创见的年轻人才推重有加，在工作中把他们推上前线担当重任，在会议上把他们推向前台展显才华。他提倡并身体力行地用自然辩证法指导科学研究，他发起成立的自然辩证法地学专业组已发展为有许多省市分支机构的全国地学哲学委员会。

张文佑的长子张肇西是粒子物理学家，2011年当选为中国科学院院士，他的女儿张之立毕业于清华大学，为中国地震局地球物理研究所研究员（已退休），次子张肇良大学毕业后定居美国。

1956年张文佑考察柴达木等许多盆地之后，提出隐蔽区可能出油的论断，为勘探实践所证实。接着他提出中国东部包括松辽、冀中等大型厚层沉积盆地有生油远景，参加了把中国油气勘探基地由西部东移的战略决策，并提出“定凹探边”、“定凹探隆”等勘探建议，为大庆和其他许多油田的开发作出了重要贡献。50年代中期，他首先提出有一个鲁中深大断裂带（郯庐断裂带），该断裂带上有原生金刚石矿，后在胶辽的该地带上找到了中国规模最大的原生金刚石矿床。张文佑最重要的成果是用30多年时间创立了“断裂体系与断块大地构造”学说 。张文佑在煤、铁、水、铀等资源和水电工程稳定性、地震预测预防等方面也有深入调研和独到见地，得到有关部门的应用和好评。（中国科学院评）

2009年科学出版社出版了《纪念张文佑院士诞辰100周年》，概述的内容分为三部分。第一部分是张文佑先生的生平活动照片，记录了他从青年时代到老年时代的活动，部分家庭组合照片。第二部分是纪念文章，包括子女篇、院士篇、同事篇、弟子篇和未刊篇。第三部分是张文佑著作目录和张文佑年谱。