董玉琛主持建成国家作物种质库(基因库)及其投入使用。主持"七五"国家科技攻关课题,提出科技路线,并组织100多种作物、20多万份种质资源繁种入库长期保存。至20世纪末,该库已长期保存粮食、经济、蔬菜、牧草、绿肥等作物种质资源32万份。对入库的大部分材料进行了初步的性状鉴定。该工作获国家科技进步一等奖。查明了我国特有的"云南小麦"亚种形成的生态环境,发现、定名10个新变种。考察了北方12省、市、自治区,查明小麦野生近缘植物各个种在我国北方的分布、生境和染色体数目,收集了大批野生近缘植物,该工作并分别获农业部科技进步一、二等奖。发现了两个能使属间杂种染色体自然加倍的小麦种质,它们与山羊草、黑麦等属杂交后,杂种第一代不经秋水仙素处理、染色体就自然加倍而形成异源双二倍体,揭示了染色体自然加倍的细胞学机理。应用此二种质育成了22个小麦-山羊草双二倍体,涉及山羊草的10个种。它们大多数抗白粉病,1992年获国家科技进步二等奖。应用远缘杂交与组织培养相结合,奖6个属的10余个种与小麦杂交成功,其中3个属(冰草属、新麦草属、旱麦草属)为世界首例,为扩大小麦遗传基础开拓了新领域和新途径。发表学术论文100余篇。