Работая в СССР, Понтекорво достиг замечательных научных результатов. Так, в 1951–1953 годах он провел исследования процессов образования нейтральных пионов при соударениях нейтронов с протонами и ядрами на пятиметровом синхроциклотроне. За эту работу ему в 1953 году была присуждена Сталинская премия СССР.
Впрочем, рассказ о научных достижениях Понтекорво не входит в нашу задачу.
Достаточно сказать, что в 1958 году он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР и награжден орденом Трудового Красного Знамени, в 1961–1966 годах был профессором кафедры элементарных частиц Московского государственного университета, а в 1962 году награжден орденом Трудового Красного Знамени. В 1963 году Понтекорво была присуждена Ленинская премия за цикл работ по физике слабых взаимодействий и нейтрино. Тогда же его наградили орденом Ленина, избрали членом бюро Отделения ядерной физики АН СССР, а на следующий год — действительным членом Академии наук СССР.
С 1966 по 1986 год Понтекорво заведовал кафедрой элементарных частиц Московского государственного университета, с 1967 по 1993 год являлся членом научно-координационного совета Института физики высоких энергий, с 1969 по 1986 год был председателем Научного совета АН СССР по нейтринной физике, а с 1971 по 1990 год начальником научно-экспериментального отдела слабых и электромагнитных взаимодействий Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований. За это время его работы были отмечены медалью «За доблестный труд. В ознаменование 100-летия со дня рождения В. И. Ленина» (1970), орденом Ленина (1973), орденом Трудового Красного Знамени (1975), орденом Октябрьской Революции (1983). В последние годы жизни, с 1990 по 1993 год, Понтекорво являлся научным консультантом дирекции Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ).
Впрочем, не надо думать, что Понтекорво был этаким сухим ученым, вечно погруженным в научные проблемы. Наоборот, он обладал живым темпераментом, любил шутки и розыгрыши. Вот что он пишет в своей автобиографии о том, как проводил свободное время: