1922年回国后，先去安徽芜湖省立第二农业学校任教，后到上海任中华农学会司库、总干事，主编《新农业季刊》。1925年，在上虞岭南乡泰岳创办茶叶公司，任经理。积极支持章锡琛创办《新女性》杂志及开明书店。1927年“四一二”政变时，与胡愈之等在上海《商报》发表给国民党中央的联名公开信，提出抗议，此事被周恩来称为“中国正直知识分子的大无畏壮举。”1928年任上海园林试验场场长，次年任浙江省建设厅合作事业管理室主任。1931年他应邀到上海商品检验局任技正兼茶叶检验处处长，后又兼任浙、皖、赣等省茶叶改良场场长。他深感要振兴中国茶叶必须对茶叶的产制运销进行全面改革，为此写了《中国茶叶问题》、《中国茶叶复兴计划》等书。1933年，与陈翰笙、薛暮桥、孙冶方等发起组织中国农村经济研究会，任常务理事。1934年至1935年，由国民政府实业部资助，去印度、锡兰、印度尼西亚、日本、英国和苏联考察生产销售措施和国际茶叶市场情况，热切希望引进先进技术和经验，振兴华茶。他倡导在茶区举办茶农生产运销合作社，以抵制洋商的垄断和中间盘剥。为此，他于1936年建议成立了中国茶叶公司，任总技师。同年，在嵊州三界创办了浙江茶叶改良场，抗战开始后，在武汉、重庆任贸易公司副总经理，筹办茶叶对外出口贸易。1940年秋，促成复旦大学农学院茶叶系和茶叶专修科的建立，为中国第一个高等院校茶叶专业系，任教授，系主任。同年加入中国民主革命同盟，和梁希等人推动和主持中华农学会的工作，团结了一批农业科学工作者，并参加争取民主宪政等社会政治活动。1941年，他又在福建崇安设立我国第一个茶叶研究机构——中国茶叶研究所，任所长。抗日战争胜利后，他在1946年与友人共同创办了上海兴华制茶公司，任总经理。1947年又创办了之江机械制茶厂，任董事长。解放战争时期，他在党的直接领导下，利用其社会声望及工作条件，尽力掩护党的地下工作人员，宣传党的政策，调查分析国民党统治区形势，营救遇难同去，他还按中共的要求，参与创办了现代经济通讯社，任董事长，并担任我党开设的合众企业公司的常务董事，设法运输并接济解放区各种急需物资。1949年秋，他以社会科学界代表身份参加中国人民政治协商会议第一届全体会议，参与制订了《共同纲领》和筹建中华人民共和国的工作，出度了开国大典。新中国成立后，吴觉农被任命为中央人民政府农业部副部长兼中国茶业公司总经理。并先后担任中国农学会副理事长、名誉会长，中国茶叶学会副理事长、名誉理事长。他在主持中茶公司期间，在全国建立了较完整的茶叶产销体系，积极开展对外贸易，在各主要产茶区建立了各种类型的机制茶厂，同时组织建立和扩大茶叶教学、科研机构，以提高产制运销技术，培养专业人才。粉碎“四人帮”后，他心情激奋，虽年逾八旬，仍以极大的热情参与各项考察和学术活动、亲赴边疆地区调查研究，并对发展茶叶出口创汇，提出了一些全局性的宏观管理改革意见。他几十年如一日地从事茶叶史料的搜集和研究，发表了大量精湛的茶叶论著，在90高龄时还撰写主编了其最后一部著作《茶经述评》。他的著作丰富了祖国茶叶的历史文库。在近70多年岁月里，他为振兴祖国茶叶事业作出了重要贡献，被誉为“当代茶圣”。

    吴觉农生前情系故土，十分关心绍兴人民的生活与茶业生产的发展，曾多次返乡视察，在上虞与嵊州创办茶场，引进良种，培养人才，极大地促进了绍兴茶业的发展。

    1989年10月28日，吴觉农因病在北京去世，终年92岁。

    1990年10月28日至30日，纪念吴觉农逝世一周年暨骨灰安放仪式、吴觉农学术思想研讨会在上虞举行。吴觉农墓建在风景秀丽的百官龙山，实现了他魂归故土的遗愿