Вавилов в силу перегруженности административными обязанностями уже не имел возможности сам заниматься экспериментальными исследованиями. Тем не менее он находил время для продолжения личной научной работы над некоторыми важными теоретическими проблемами оптики и осуществлял общее руководство целым спектром исследований своих сотрудников, как в ГОИ, так и в ФИАНе – от сугубо академических до имевших вполне ощутимое прикладное значение. Так, например, еще в 1927 г. под руководством Вавилова на светотехническом факультете Высшего технического училища начались работы по созданию промышленных образцов люминесцентных ламп (так называемых «ламп дневного света»). Эти работы продолжались затем в ГОИ и ФИАНе. Перед самой войной на Общем собрании Академии наук Вавилов сделал большой доклад о новых источниках света и продемонстрировал первые образцы люминесцентных ламп. Ранние модели ламп (их производство началось только после войны) были несовершенными, цветопередача была специфической – лица людей, освещенных светом от этих ламп, имели мертвенный сине-зеленый оттенок. В воспоминаниях о Вавилове приводятся его слова:
Вообще же диапазон прикладных оптических тем, к которым в той или иной степени имел отношение Вавилов, очень широк: от ультрафиолетовой микроскопии до варки оптического стекла.
В 1943 г. Вавилову была присуждена Сталинская премия второй степени за научные работы по физической оптике «Теория концентрационного тушения флуоресценции растворов», «Теория концентрационной деполяризации флуоресценции в растворах» и «Визуальные измерения квантовых флуктуаций». В 1946 г. он получил Сталинскую премию первой степени «за открытие нового вида свечения» (совместно с И. Е. Таммом, И. М. Франком и П. А. Черенковым).
Помимо редактирования книг вроде «Справочника по военной оптике» или двухтомной «Оптики в военном деле» С. И. Вавилов продолжал и литературную работу, причем по темам на границе естествознания и гуманитарных областей. Кроме нескольких статей по истории физики, в 1942 г. в Йошкар-Оле Вавилов написал большую, добротную научную биографию Ньютона, изданную в начале 1943 г. в рамках торжеств к его 300-летнему юбилею. В предисловии ко второму изданию этой книги (1944) Вавилов писал: