“文革”開始，談家楨被當作“資產階級反動學術權威”打倒，夫人傅曼芸因不堪忍受批鬥而自殺，然後是他下鄉“三同”，遭受種種非人待遇。但不論環境如何險惡，談家楨堅信良知終將戰勝邪惡。他不僅自己咬牙堅持，還勸導與自己一起接受“改造”的同事心放寬，眼看遠，等著真理複歸的那一天。
風雨之中領袖的關懷
談家楨晚年回憶自己走過的人生之路，認為最難忘的是“曾經四次受到毛主席直接接見，當麵聆聽過他老人家的親切教誨”。
1957年3月，中央在北京召開宣傳工作會議，談家楨應邀赴京出席。在會議開幕的當天晚上，毛澤東在懷仁堂接見了他們。早就迎候在那裏的毛澤東滿麵春風地與大家一一握手交談。當談家楨走近毛主席時，毛主席伸出手來與他緊緊相握，站在一旁的中宣部部長陸定一連忙作了介紹，這時主席顯得更加興奮，帶著一口濃重的湖南口音，握著談家楨的手，用力地搖著說：“哦，你就是遺傳學家談先生啊！”
反右風暴全麵掀起之時，毛澤東到上海，正在複旦大學任職的談家楨突然接到一個重要會議通知，地點是在上海中蘇友好大廈。他匆匆趕去，到達之後才知道是毛主席要接見一批民主黨派負責人和社會各界的代表。因為幾個月前剛剛在懷仁堂見過麵，所以毛澤東一見到談家楨就顯得分外親切，招呼說：“老朋友啦，談先生!”又囑咐他：“辛苦了，天氣這麼熱，弦不要拉得太緊嘛!”
正是毛澤東的這一熱情招呼，摘掉了戴在談家楨頭上的“內定右派”的帽子，使他得以繼續他的事業。
這之後不到半年，也就是1958年1月6日的一個傍晚，談家楨又突然接到上海市委的一個緊急通知，讓他馬上去錦江飯店。原來是在杭州的毛澤東用他的專機來上海接趙超構（新民晚報社長、雜文家）、談家楨、周穀城（複旦大學曆史係教授）等人去西湖座談。
在西湖邊，毛澤東著重與談家楨探討了遺傳學的摩爾根派和李森科派的論爭問題，並再次關切地問談家楨：“要把遺傳學研究搞上去，究竟還有什麼障礙和困難?”
談家楨直抒胸臆：“‘雙百方針’貫徹後，情況確實有所好轉。教研室成立了，我本人也可以開課講授遺傳理論了，但有些人卻隻將這些看成是統戰工作的需要，是一種對高級知識分子實行照顧的特殊政策，在思想上沒有真正尊重摩爾根遺傳學派，因此要想進一步開展研究工作，阻力還是很大的。”毛澤東仔細地聽談家楨把話說完後，勉勵道：“不要怕，要堅持真理，一定要把遺傳學搞上去。”又說：“有困難，我們一起來解決嘛!”
1961年的五一節前夕，毛澤東在上海錦江飯店再次接見了談家楨，他一見麵就問：“談先生，把遺傳學搞上去，你還有什麼顧慮和困難?”在場的上海市委領導當即表態：“我們大力支持談先生把上海的遺傳學研究搞上去。”毛澤東聽後連聲稱是，並再次鼓勵談家楨不要怕，一定要堅持把遺傳學研究搞上去。
嘔心瀝血推進我國的遺傳學事業
在毛主席的親自關懷下，特別是在黨提出“雙百”方針之後，國內對於遺傳學問題的討論果真活躍起來。談家楨喜出望外，不僅自己積極參與，前後寫了十餘篇爭鳴文章公開發表，而且還動員遺傳所和教研室裏所有的學者分別從各自的觀點出發寫文章參與爭鳴。同時，他還主持並編輯出版了多部遺傳學方麵的論文集，這不僅為後人保存了大量遺傳學研究的文獻，而且也大大推動了當時遺傳學事業的發展。
1977年9月，中央召開全國自然科學規劃的會議，談家楨參加了生物組的發展規劃的研討和製訂，並在會上作了長篇發言，力主將遺傳工程作為生物科學發展項目寫入發展綱要。會後又與老同學錢學森促膝長談，仔細剖析了世界遺傳學的研究發展動態，並陳述了對我國開展這項工作的意見和設想。緊接著，談家楨應邀去美國參加母校生物係成立50周年的紀念會，在那裏，他登上講壇作了《遺傳學在新中國》的報告。
談家楨的這一次訪美，實際上是中國遺傳學界重登國際舞台的一個信號，而他本人，則無疑將成為領頭羊。
1978年3月18日，來自全國的5586名代表彙聚北京，出席全國科學大會。這次大會通過了《1978—1985年全國科學技術發展規劃綱要（草案）》，談家楨所呼籲的遺傳工程也被列入，成為與農業、能源、電子計算機、激光、空間、高能物理等並列的八大重點發展領域之一。
1979年秋，在談家楨的努力下，由複旦大學遺傳學研究所舉辦的全國遺傳工程分子生物學講授班開學，來自全國37所高校以及40個科研機構、醫療單位的250餘位專業人員參加了培訓。這一講習班的成功舉辦，是談家楨在晚年對我國遺傳學作出的一大貢獻，也可視為我國分子遺傳學研究的啟動。1980年7月，經國務院批準，中國遺傳學會正式加入國際遺傳學聯合會，此後談家楨即被推選為國際遺傳學會的谘詢委員。
也正是在這一年，談家楨率團出席在柏林舉行的第二屆細胞生物學會議，並在會上宣讀了論文《關於人體基因文庫的建立》。
四年後，中國遺傳學會換屆，李汝祺因年事已高，主動引退，談家楨被選為理事長。
繪製人體科學“登月計劃”的“中國卷”
首先，談家楨在各種不同的場合突出強調有關“生命科學”的概念，認為它應該是比一般的生物學更高一個層次的概念。
經過兩年時間的充分準備，由談家楨任院長的複旦大學生命科學院於1986年正式成立，而且很快取得了成果。其人類基因小組經過艱苦奮鬥，短期內取得了關於人類全長新基因的克隆和測序的重大成果。
1996年，談家楨又提出了一個關於成立“摩爾根—談家楨國際生命科學中心”的設想。他思慮再三，巨大的責任心和使命感使他披衣而起，決定直接給江澤民總書記寫信。他在信中說：一方麵，我國生物工程產業化的高潮即將來臨，另一方麵，實現產業化的進程中我們還麵臨著不少的困難，特別是還有某些帶有全局性的亟待解決的問題。在世界範圍內，一個跨世紀的“基因爭奪戰”已經開始，如果我們不能夠利用自己的專利基因，那麼下世紀我國生物的工程產業，特別是醫藥行業，將猶如北洋水師般“全軍覆沒”。因此我們必須立即組織攻關，加大投入，加速我國在人類基因領域的研究……
談家楨的這封信是1997年7月18日在一次會議期間麵交中央辦公廳曾慶紅主任轉呈江澤民總書記的，4天後的7月22日即得到總書記的批複。
令人欣喜的是，4年後，當年談家楨在信中提到的那個“登月計劃”便有了一張最好的答卷：新華社2001年8月12日以十分醒目的標題報道——為“生命登月”計劃作出獨特貢獻，人類基因組“中國卷”率先繪製完成。專家認為，“中國卷”的繪製完成標誌著作為唯一參與此計劃的發展中國家，我國為破譯人類基因組“天書”作出了獨特的貢獻。
就這樣，談家楨開啟了中國的生命科學之門。