В 1919—20 В. исследовал Ю.-В. Европейской части СССР и в книге «Полевые культуры Юго-Востока» (1922) дал сводку о всех культурных растениях Поволжья и Заволжья. В 1925 совершил экспедицию в Хивинский оазис (Средняя Азия). С 1920 по 1940 руководил многочисленными ботанико-агрономическими экспедициями. Организовал научные экспедиции по изучению растительных ресурсов Средиземноморья (Греция, Италия, Португалия, Испания, Алжир, Тунис, Марокко, территория Египта, Палестины, Сирии и Трансиордании), Эфиопии, Ирана, Афганистана, Японии, Западного Китая, Кореи, стран Северной, Центральной и Южной Америки и был руководителем многих из них. Разносторонние исследования проведены В. в Афганистане (1924); экспедиция посетила труднодоступную и неисследованную западную часть Кафиристана (современный Нуристан), подробно исследовала культурные растения и собрала обширный общегеографический материал. Результаты этой экспедиции обобщены в труде «Земледельческий Афганистан» (1929). Особый интерес представляла экспедиция в Эфиопию (1926—27): В. установил, что там находится центр происхождения твёрдых пшениц. Во время путешествия по Северной, Центральной и Южной Америке (1930, 1932—33) В. посетил Мексику, Гватемалу, Гондурас (Британский), Экуадор, Перу, Чили, Боливию, Бразилию и Аргентину, где провёл ценные историко-агрономические исследования. Советские экспедиции под его руководством открыли новые виды дикого и культурного картофеля, взятые в основу практической селекции. В результате изучения различных видов и сортов растений, собранных в странах Европы, Азии, Африки, Северной и Южной Америки, он установил очаги формообразования, или
В. уделял много внимания продвижению земледелия в неосвоенные районы Севера, полупустынь и высокогорий. Проблема интродукции новых культур оказалась в значительной степени разрешенной для влажных и сухих субтропиков СССР. По инициативе В. в стране стали выращивать новые ценные культуры: джут, тунговое дерево, многие эфирномасличные, лекарственные, дубильные, кормовые и др. растения. В 1919 обосновал учение об
В. дал определение линнеевскому виду как обособленной сложной подвижной морфо-физиологической системе, связанной в своём генезисе с определённой средой и ареалом (1930). В. обосновал эколого-географические принципы селекции и принципы создания исходного материала для селекции и др.
По инициативе В. был организован ряд новых научно-исследовательских учреждений. Так, в системе ВАСХНИЛ были созданы: институт зернового хозяйства Юго-Востока Европейской части СССР; институт плодоводства, овощеводства и субтропических культур; институты кормов, кукурузы, картофеля, хлопководства, льна, конопли, масличных культур, сои, виноградарства и чайного дела. В. создал школу растениеводов, генетиков и селекционеров.