文革開始後，正在外地推廣“雙法”的華羅庚被急電召回北京寫檢查，接受批判。周恩來總理得知這一情況後指示：“統籌方法還是要搞的。”1970年4月，國務院根據周總理的指示，邀請了七個工業部的負責人聽華羅庚講優選法、統籌法。這之後，他憑個人的聲譽，到各地借調了得力的人員組建“推廣優選法、統籌法小分隊”，親自帶領小分隊到全國各地去推廣“雙法”，為工農業生產服務。小分隊共去過26個省、自治區和直轄市，所到之處，都掀起了科學實驗與實踐的群眾性活動，取得了很大的經濟效益和社會效益。他的工作受到胡耀邦、葉劍英等同誌的關心和支持。
1975年他在大興安嶺推廣“雙法”時，因積勞成疾，第一次患心肌梗塞。粉碎四人幫後，他被任命為中國科學院副院長。他多年的研究成果《從單位圓談起》、《數論在近似分析中的應用》（與王元合作）、《優選學》等專著也相繼正式出版了。1979年5月，他在和世界隔絕了10多年以後，到西歐作了七個月的訪問，以“下棋找高手，弄斧到班門”的心願，把自己的數學研究成果介紹給國際同行。
1983年10月，他應美國加州理工學院邀請，赴美作為期一年的講學活動。在美期間，他赴意大利裏亞利特市出席第三世界科學院成立大會，並被選為院士；1984年4月，他在華盛頓出席了美國科學院授予他外籍院士的儀式，他是第一位獲此殊榮的中國人。1985年4月，他在全國政協六屆三次會議上，被選為全國政協副主席。
華羅庚擔任的社會工作很多。他是第一至第六屆全國人大常委會委員；他於1952年9月加入民盟，1979年當選為民盟中央副主席。他1958年就提出了加入中國共產黨的請求，1979年6月被批準加入中國共產黨，在答鄧穎超同誌的勉勵時他表示：“橫刀哪顧頭顱白，躍進緊傍青壯人，不負黨員名。”
1985年6月3日，他應日本亞洲文化交流協會邀請赴日本訪問。6月12日下午4時，他在東京大學數理學部講演廳向日本數學界作講演，講題是《理論數學及其應用》。下午5時15分講演結束，他在接受獻花的那一刹那，身體突然往後一仰，倒在講壇上，晚10時9分宣布他因患急性心肌梗塞逝世。
華羅庚是在國際上享有盛譽的數學家，他的名字在美國施密斯鬆尼博物館與芝加哥科技博物館等著名博物館中，與少數經典數學家列在一起。
華羅庚在解析數論、矩陣幾何學、典型群、自守函數論、多複變函數論、偏微分方程、高維數值積分等廣泛數學領域中都作出卓越貢獻。
由於華羅庚的重大貢獻，有許多用他的名字命名的定理、引理、不等式、算子與方法。他共發表專著與學術論文近三百篇。
華羅庚還根據中國實情與國際潮流，倡導應用數學與計算機研製。他身體力行，親自去二十七個省市普及應用數學方法長達二十年之久，為經濟建設作出了重大貢獻。