1951年回國。歷任西北農(nóng)學(xué)院教授，中央生物制品研究所主任技師，中央衛(wèi)生實(shí)驗(yàn)院抗菌素系副主任，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院抗菌素研究所所長、研究員。1956年加入中國共產(chǎn)黨。他在1951年回國時(shí)公帶回了他參與研究的無色 青霉素菌種，下決心自力更生生產(chǎn)抗生素。為了解決國內(nèi)沒有生長青霉素所需的乳糖和玉米漿的主要原料問題，他歷功地用肥田的棉籽餅粉代替玉米漿，用玉米代替乳糖進(jìn)行生產(chǎn)青老素。他還領(lǐng)導(dǎo)研究組深入開展了有磁青老素、土霉素的生物合成代謝研究，并相繼進(jìn)行了土霉素、紅霉素、鏈霉素的試制研究。同時(shí)他領(lǐng)導(dǎo)抗菌素所積極開展新抗生素篩選研究，幾年內(nèi)就得到了古曲霉素、萬古老素、灰黃霉素、巴龍霉素、卡那霉素、多粘菌素等產(chǎn)生菌。合成了一些國外沒有的新青霉素進(jìn)行篩選。為我國的抗菌素研究生產(chǎn)做出了很大的貢獻(xiàn)。

張為申在美國工作時(shí)待遇優(yōu)厚，但聽到祖國大陸解放，就決心返回祖國，1950年秋，他不顧美國移民局的留難，毅然回到了祖國�；貒鴷r(shí)他帶回了他參與研究的無色青霉素菌種。有了菌種，但國內(nèi)缺乏生產(chǎn)所需要的乳糖和玉米漿等主要原材料。張為申從實(shí)際出發(fā)，開展了原料代用品等研究，為解決我國青霉素的工業(yè)生產(chǎn)作出了突出的貢獻(xiàn)。

為了籌建中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院抗菌素研究所，張為申積極羅致人才，聘來一批有真才實(shí)學(xué)的專家，至1958年已建成一個(gè)學(xué)科比較齊全、基礎(chǔ)比較扎實(shí)、初具規(guī)模的研究所。在他的直接領(lǐng)導(dǎo)下，積極開展新抗生素的篩選研究。同時(shí)，他很注意加強(qiáng)技術(shù)力量對(duì)抗生素中試工藝的研究，使這些新品種較快地試制成功，提交工業(yè)生產(chǎn)，填補(bǔ)了我國抗生素品種上的空白。

在百廢待興的建國初期，張為申以他堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)從事我國抗生素的科學(xué)研究，做出了杰出的貢獻(xiàn)，在我國抗生素事業(yè)發(fā)展的初期肩負(fù)了奠基的歷史使命。