50年代末，中国决定自主研发高温合金，师昌绪作为金属所高温合金研究组的领导者，带领团队在抚顺钢厂参与航空发动机关键材料的攻关。他们成功解决了GH30的质量问题，并开始试制GH37、GH33、GH49和GH44等高温合金。师昌绪倡导“以铁基代镍基”策略，利用中国丰富的稀土资源，与抚顺钢厂合作开发出铁基高温合金GH135，替代了镍基GH33，成功应用于涡轮盘制造。他对中国铁基高温合金的冶炼、加工工艺做出重要贡献，同时，其他研究机构也取得了类似成果，如GH130、GH302和GH140，其中GH140广泛应用。
针对539变形合金存在的困难，师昌绪提出了包套挤压工艺，虽受限于当时挤压机能力，但此工艺为高温合金变形提供了新途径。在“设计-材料-制造一体化”方案下，师昌绪与团队合作研制出精密铸造多孔气冷涡轮叶片，降低了叶片表面温度，达到国际先进水平。他们从美国杂志广告中得到启示，采用石英管作为型芯材料，解决了技术难题，空心叶片成功应用于发动机。
师昌绪还与无锡动力厂合作，研究耐热腐蚀合金IN 738，用于大型涡轮叶片，为中国成为世界上第二个采用铸造空心叶片的国家奠定了基础。在新型高合金钢方面，师昌绪与姚汉武开发的不含镍耐蚀钢OCr17 Mn14Mo2N在尿素工业中表现出色，并通过实验揭示其耐腐蚀机理。此外，师昌绪还指导团队开发了铬锰氮系耐热钢和无磁铬锰氮系高强度不锈钢，以及铁锰铝系奥氏体钢，这些钢种在低温和耐热性能上均有优异表现，推动了全国相关材料的研究与发展。
师昌绪，新中国成立时美国明令禁止回到“红色中国”的35名中国学者之一。著名金属学及材料科学家，曾任中科院金属研究所所长、中科院技术科学部主任、国家自然科学基金委员会副主任等，现为国家基金委特邀顾问、金属所名誉所长、中国材料研究学会名誉理事长、中国生物材料委员会名誉主席、国家科技图书文献中心理事长、两院资深院士联谊会会长等。1980年当选中科院院士，1994年当选中国工程院院士、副院长，1995年当选第三世界科学院院士、院长。第三、五、六届全国人大代表，九三学社第七届中央委员。荣获2010年度国家最高科学技术奖。