民國16年，他的才能引起東北礦務局總辦王正甫的重視。王遂向張學良推薦蔡正粹。被委任為總局機械工程師，享受礦長待遇。此后，在八道壕煤礦、復州灣煤礦任工程師，從事煤礦的動力機器設計制造。 　　民國20年九一八事變后，蔡正粹回到上海，先在其父蔡方源開辦的上海協(xié)泰機器廠幫忙。同年11月，在虹口西華德路（現(xiàn)長治路）的住所創(chuàng)辦了四方機電工程公司（上海四方鍋爐廠和上海工業(yè)鍋爐廠前身），自任經(jīng)理。 　　同年底，上海大隆機器廠廠長嚴慶祥，正在籌建常州民豐紡織印染廠（現(xiàn)常州國棉二廠），需要一臺工業(yè)鍋爐。蔡正粹獲悉后，以比進口貨便宜一半的價格，承接了此項工程。當年他利用從父親破產廠分到的機器和廠房，在公司建立機器制造廠，獨立經(jīng)營。民國25年10月，設計制造成功中國第一臺水管鍋爐，揭開了中國自制工業(yè)鍋爐的歷史。同年12月，這臺鍋爐按期安裝在常州民豐紡織印染廠，質量達到當時國際先進水平。取名為“四方式水管鍋爐”，又稱“蔡氏安全水管鍋爐”。 　　民國29年底，他向社會招股，成立了四方工程股份有限公司。民國34年，日本投降后，改組成三人合資的四方機器廠。同年底，四方機器廠一分為三，即蔡正粹的四方機電工程公司，傅云先（蔡妻）的四方鐵工廠，傅兆云（蔡妻弟）的中建鍋爐廠。民國36年9月，蔡正粹將公司改名為四方工程公司機械廠。次年，承接了為上海招商局制造“江華”輪船用的鍋爐的業(yè)務。到1949年，制造成功了2臺2000馬力的鍋爐裝在船上，經(jīng)試航，總蒸發(fā)量比原來多4臺。為此，蔡正粹受到了中國人民解放軍駐招商局管制委員會的好評。同年，他又設計制造了3臺2噸人字形船用鍋爐，支援了解放舟山的戰(zhàn)役。