1991年回国，到兰州大学工作，先后任副教授，教授，博士生导师，化学系副主任，校长助理，副校长，常务副校长兼研究生院院长，兰州大学高级职务评审委员会副主任，聘任委员会副主任，兰州大学学位评定委员会副主席。先后兼任甘肃省化学会理事长和常务理事，中国化学会化学热力学和热分析专业委员会副主任，国家自然科学基金委第八、九届学科评议组成员，甘肃省科学技术进步奖评审委员会副主任，中国高校化学及化工学科教育指导委员会委员，全国出国留学工作研究会副会长，全国高校师资管理研究会常务理事，全国学位与研究生教育学会理事和甘肃省学位与研究生教育学会理事长。

2011年11月23日，教育部党组成员、纪检组长王立英在华东理工大学宣布了教育部党组关于华东理工大学党委书记的任免决定，因年龄原因，免去沈伟国同志的华东理工大学党委书记职务。