学习期间，在美国植棉专家郭仁风教授指导下，用中棉育成“百万华棉”新品种，开创在中国以中棉作亲本培育成功优良品种的先例。民国11年（1922年），他毕业后留校执教。翌年，升任该校农业专修科主任，并主持该校的农业推广实验。民国13年，章之汶与徐中迪、孙仲威、康子证合译《美国退还庚子赔款余额经过情形》一书，陶行知为此书作序。同年，完成《植棉学》。民国19年，赴美国康乃尔大学深造，专攻农业技术推广；民国20年获硕士学位回国，任南京金陵大学农学院院长、教授，直至民国37年。金陵大学农学院在章之汶的主持下，先后育成“小麦2905”、“大豆322号”等几十种农作物优良品种，并在中国长江中下游各省、直辖市推广，久盛不衰。抗日战争爆发后，金大农学院内迁四川，章之汶一面从事教学，一面深入农村开展农业经济调查，探索改变中国农业落后面貌的根本之道，著成《我国战后农业建设计划纲要》一书。新中国成立前后应联合国之聘，担任联合国粮农组织远东办事处顾问，同时兼任世界稻米协会秘书，常驻泰国曼谷。他在联合国任职期间，先后以英文撰写《农业教育、研究、推广综合体制》《农业推广的理论与实践》《迈进中的亚洲农业》《亚洲农业发展新策略》等4部农业著述，在国外发行，还被台湾省 农业厅和台湾商务印书馆译成中文在台湾出版发行。1974年，章之汶从联合国粮农组织退休后，赴美国定居。在美国，他将早年写人物传略成的《我国战后农业建设计划纲要》一书寄给在国内的女儿章荷生，章荷生遵父嘱托，自费再版重印800册，（由北京农业出版社出版），分赠给政府有关部门和各大学图书馆以及农业专家。