Сергей Иванович предложение принял. Он сразу был утвержден и, переехав в Ленинград, вступил в должность.
В Оптическом институте Вавилов возложил на себя двойную задачу: научного руководителя института, и особо — руководителя созданной по его инициативе лаборатории люминесцентного анализа (которую, кстати, он вел затем до последних дней своей жизни).
Появилась и третья задача — за пределами ГОИ. По предложению тогдашнего президента Академии наук В. Л. Комарова Вавилов возглавил физический отдел крохотного Физико-математического института имени В. С. Стеклова. Здесь, в физическом отделе, Сергей Иванович создал, как и в ГОИ, лабораторию люминесценции. Так что в Ленинграде под его началом таких лабораторий сразу оказалось две.
ГОИ требовал от своего научного руководителя напряженного и пристального внимания. Ведь в этом институте, единственном в своем роде в мире, занимались почти всем относящимся к оптике. Начиная от варки оптического стекла и расчета оптических приборов, кончая тонкими проблемами оптики как теории. Огромный по тем временам для научно-исследовательских учреждений штат — 160 сотрудников, организованных в лаборатории и группы, — усложнял задачу руководства. Нагрузка в этом именно институте была, пожалуй, главной причиной отказа Вавилова от педагогической деятельности вообще: одновременно управлять таким большим универсальным хозяйством и преподавать было бы чрезвычайно сложно.
И все же, прекратив преподавание в высшей школе, Сергей Иванович не оставил работы по выращиванию научных кадров. Более того, теперь эта работа у него приобрела еще больший размах.
Верный старым привязанностям, Вавилов прежде всего не забыл своих московских учеников. Он сохранил живую связь с Московским университетом и регулярно, каждый месяц приезжал на несколько дней в Москву, чтобы руководить работами аспирантов и молодых научных сотрудников.
В Ленинграде же к нему присоединились новые ученики. Это тоже была талантливая молодежь, и многие выросли затем в выдающихся ученых. Можно назвать такие имена, как П. А. Черенков и С. Н. Вернов, Н. А. Добротин и И. А. Хвостиков, Л. В. Грошев и А. Н. Севченко. Позднее в лаборатории Вавилова начали работать П. П. Феофилов, Н. А. Толстой, А. М. Бонч-Бруевич.
В кругу ученых, особенно из числа знавших Сергея Ивановича лично, в том числе работавших под его руководством, говорят о «школе Вавилова» и о «системе Вавилова» (по воспитанию научных кадров). Подразумевают, в сущности, одно: не только определенное — «вавиловское» — направление в физике, связывающее учеников Сергея Ивановича общностью взглядов и научных принципов, но и единство творческих установок, профессиональных приемов.
Система Вавилова сложилась в период работы Сергея Ивановича в Московском университете и в Ленинградском оптическом институте и достойна описания.
И. М. Франк в 1966 году о влиянии идей С. И. Вавилова: «Теперь мы часто обращаемся к трудам Сергея Ивановича и гораздо лучше понимаем значение его деятельности во всей ее разносторонней полноте. Годы здесь ничего не убавили, хотя наука развивается быстро и ее достижения очень скоро становятся пройденным этапом и достоянием истории. Только трудам немногих, таких, как С. И. Вавилов, суждено сохранять свое значение и свое влияние на дальнейшее развитие физики. С. И. Вавилов многому нас научил и многому продолжает учить и теперь».
В первую очередь, характеризуя эту систему, нужно сказать о семинарах (коллоквиумах). Они проводились как по общим вопросам физики, так и по специальным проблемам люминесценции, как в Ленинграде, так и в Москве, и всегда, с блеском, на большой теоретической высоте. Семинары посещались не только местными научными сотрудниками, но и учеными из других учреждений, студентами вузов, либо проходящими здесь практику, либо просто интересующимися предметом обсуждения.
Сергей Иванович никогда не пропускал организованных им семинаров, постоянно выступал в прениях, делал сам доклады.
На семинарах сразу же установилась ставшая с тех пор традиционной и перенятая, в свою очередь, из лебедевской школы атмосфера товарищества и непринужденности. Обсуждения докладов велись спокойно, по-деловому. Лучшие доклады не захваливались, не совсем удачные критиковались в меру. Если кто-нибудь пытался изложить глубокомысленную, но туманную теорию, его внимательно выслушивали, затем, подводя итоги, Сергей Иванович с убийственным добродушием процеживал сквозь зубы: «Это, знаете, у вас «d’inacheve» (французское — «неоконченное» — надпись на портфеле Козьмы Пруткова).