在畢業前夕，他應邀參觀了當時美國兩家最大的製藥廠埃利·禮來（EliLilly）和帕克·戴維斯（ParkeDavis）。盡管埃利·禮來的先進技術深深地吸引著他，但是他還是放棄了該公司的聘請，因為進入公司的條件是加入美國國籍。1950年，王世真進入新建成的艾奧瓦大學放射性研究所工作。當時許多放射性核素發現不久，標記化合物也很少，隻有一個廠家能夠生產，它們的和平利用有著巨大的潛力。他知道進入這個設備精良、由著名原子核科學研究專家T．C．Evans（埃文斯）任所長的研究所工作，可以為自己的祖國帶回寶貴的先進技術。他在這個研究所工作了一年半，一方麵繼續進行甲狀腺素的研究，同時參加了一項當時屬開創性的利用組織培養的方法研究代謝產物的工作，另一方麵他合成了許多新的標記化合物，如14C－天門冬氨酸、14C－甲狀腺素等。在放射性研究所的工作，成了他以後幾十年在這個領域裏鍥而不舍地致力於中國核醫學事業的開端。在這段時間裏，他任中國留美科協艾奧瓦地區的負責人，這是共產黨的外圍組織。1950年起，他開始設法回國，但遇到了重重障礙。由於他從事的放射性研究工作在當時具有保密的性質，美方不惜以加薪、破格提拔相利誘，以後又以莫須有罪名逮捕他的夫人相威脅，千方百計地阻止他回國。經過一年多的努力，他終於在1951年8月以已受聘任北京協和醫學院生物化學係副教授和贍養母親為由獲準回國。回國後，他與其他同期回國的留美學者一道受到了周恩來總理的熱烈歡迎。
1951年秋，王世真到北京協和醫學院生物化學係任副教授，從事生物化學的教學和研究工作。從1952年開始，他利用課餘時間到中國醫學科學院藥物研究所兼進行藥物合成的研究。先後進行了抗結核藥、抗高血壓藥、X線對比劑、抗腫瘤藥和核素診斷用藥等多種藥物的合成，同時他還在北京大學兼課，講授高等有機化學。他還完成了撲瘧母星的合成，並將研究結果上報輕工業部。
在20世紀50年代，同位素技術還是一項新興的生物醫學技術，受到世界各國的重視，無論是標記化合物的合成技術，還是新的放射性測量技術、同位素跟蹤技術的發展都十分迅速。為了使這項新興的技術能夠在中國迅速普及、應用，為科研、醫療服務，王世真受中國人民解放軍總後勤部委托與丁德泮一道於1956年主辦了全國第一屆同位素儀器訓練班。在這個訓練班上，他與青年教師蔡榮業等一起，帶領學員們白手起家，自己設計、製造了蓋革氏計數管、定標器等放射性探測儀器，為隨後舉辦的同位素技術訓練班提供了必要的核儀器。1956一1957年他先後主辦了兩屆全國同位素訓練班，培養了中國第一批從事核生物技術應用的骨幹。在這些骨幹中既有當時的中國科學院、北京大學等單位的教授，也有許多青年，這兩個訓練班的開辦使中國的核醫學、核生物學事業從無到有，為中國的科研和醫療工作作出了重要貢獻。1956年他升任協和醫學院教授。1957年中國醫學科學院與北京協和醫學院合並，成立了實驗醫學研究所（現基礎醫學研究所的前身）。王世真在該所生物化學係任教授。1958年他代表中國參加了在捷克斯洛伐克召開的國際放射性核素應用會議，報告了兩年來中國醫學科學院放射性核素應用方麵的成就。
(本章完)