Nhật ký của ông không chỉ lưu lại đặc điểm tự nhiên và ấn tượng ban đầu về từng nơi, mà còn ghi chép các công thức, phương pháp nghiên cứu lâm sinh để áp dụng cho công việc sau này. Đặc biệt, trong nhật ký có đoạn ông viết nhân dịp sinh nhật 40 tuổi, tự khái quát về gia đình, quá trình học tập và công tác, đồng thời bày tỏ ước mơ xây dựng một bộ sách phân loại thực vật học Việt Nam - một dự định mà ông tin phải mất 10 đến 15 năm mới có thể hoàn thành.

Trải qua nhiều vị trí công tác, đến năm 1961, ông được bổ nhiệm làm Trưởng phòng Thực vật thổ nhưỡng, Viện Nghiên cứu lâm nghiệp (Tổng cục Lâm nghiệp). Tại đây, ông được giao nhiệm vụ viết báo cáo tổng quan về rừng Việt Nam để trình bày trước đoàn chuyên gia Liên Xô, trong đó có Viện sĩ Takhtajan và Giáo sư Yatsenko. Ông xem đây là cơ hội quý để tổng hợp kiến thức, phân tích mối quan hệ tự nhiên-xã hội và xác định các nhân tố sinh thái phát sinh quần hệ rừng, đồng thời cũng là dịp để hiện thực hóa ước mơ phân loại thảm thực vật rừng Việt Nam.

Trong chuyến khảo sát Hoàng Liên Sơn cùng đoàn chuyên gia Liên Xô, dù bản báo cáo chưa hoàn chỉnh, ông đã mạnh dạn trình bày ý tưởng với Viện sĩ Takhtajan và Giáo sư Yatsenko để xin định hướng. Nhận được sự khuyến khích, ông hoàn thành báo cáo bằng tiếng Việt, kèm bản dịch tiếng Pháp gửi sang Liên Xô. Báo cáo được đánh giá cao và phía bạn đề nghị cử ông sang Liên Xô bảo vệ luận án.

Cuối tháng 12/1961, được Tổng cục Lâm nghiệp cho phép, ông sang Viện Thực vật Komarov (Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô) một năm để viết và bảo vệ luận án. Đề tài ông chọn là Phát sinh quần thể và phân loại thảm thực vật rừng nhiệt đới Việt Nam. Do không đủ thời gian học tiếng Nga, ông được đặc cách sử dụng tiếng Pháp để viết và bảo vệ.

Sau một năm miệt mài nghiên cứu, ông bảo vệ thành công luận án phó tiến sĩ. Luận án được đánh giá có nhiều đóng góp quan trọng, nhất là trong bối cảnh từ năm 1959 đến 1962, giới khoa học thế giới vẫn còn bế tắc trong việc tìm ra nguyên lý chung về phân loại thảm thực vật. Luận điểm sinh thái phát sinh quần thể mà ông xây dựng, dựa trên học thuyết của nhà thực vật học Liên Xô Sukasov, đã góp phần tháo gỡ bế tắc đó.

Vì vậy, Hội đồng chấm luận án quyết định đề xuất Hội đồng khoa học Liên Xô nâng luận án phó tiến sĩ thành tiến sĩ. Ông Thái Văn Trừng trở thành người Việt Nam đầu tiên nhận bằng tiến sĩ tại Liên Xô - tấm bằng mà sau này gia đình ông luôn trân trọng lưu giữ.

Ngày 17/5/2014, trong một chuyến công tác tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Di sản đã được ông Thái Kiên Chí (con trai Giáo sư Thái Văn Trừng) trao tặng lại tấm bằng quý giá này.

Ngoài tấm bằng, trong hành trang trở về từ Liên Xô, ông còn mang theo một chiếc máy ảnh - vật dụng đã đồng hành cùng ông trong nhiều chuyến đi rừng. Và trong mỗi hành trình nghiên cứu, bên cạnh chiếc máy ảnh, Giáo sư Thái Văn Trừng luôn có một chiếc áo dày dặn để tự bảo vệ mình trước bụi gai rừng, là một vật dụng giản dị mà cũng giàu ý nghĩa về một đời sống khoa học gắn bó bền chặt với thiên nhiên.

Bên cạnh công trình phân loại thảm thực vật rừng, một đóng góp quan trọng khác của Giáo sư Thái Văn Trừng là xây dựng mô hình phục hồi sinh thái rừng nhiệt đới, đặc biệt ở miền nam Việt Nam, nơi nhiều diện tích rừng bị hủy hoại nặng nề bởi chất độc hóa học, bom đạn, đốt phá để canh tác nông nghiệp hoặc nuôi trồng thủy sản, và cả cháy rừng.

Trong khi một nhà lâm học Mỹ từng bi quan cho rằng: “Đây là một quang cảnh chết, phải mất một trăm năm nữa mới hy vọng phục hồi hệ sinh thái rừng ngập mặn này”, thì ông vẫn nuôi ý chí khôi phục những cánh rừng đã chết. Cơ hội đến vào năm 1983, khi Ban 10/80 chống chiến tranh hóa học giao cho ông nhiệm vụ phục hồi các hệ sinh thái rừng bị hủy diệt. Ngay lập tức, ông bắt tay xây dựng mô hình trồng rừng phù hợp.

Tổng kết kinh nghiệm trồng rừng tại các lâm trường, ông mạnh dạn đề nghị loại bỏ Thông và Bạch đàn liễu - hai loài cây thường được dùng phủ xanh đất trống đồi trọc nhưng lại hút kiệt dinh dưỡng, làm chua đất.

Thay vào đó, ông chọn cây Keo lá tràm nhập từ Australia - một loài cây họ Đậu có rễ khỏe, mọc được trên đất xói mòn khô kiệt, diệt được cỏ tranh, cỏ Mỹ dưới tán lá rậm, đặc biệt cải tạo đất rất tốt. Trên cơ sở đó, ông xây dựng mô hình phục hồi rừng tự nhiên bằng cách dùng Keo lá tràm cải tạo đất, rồi trồng xen các loài cây gỗ quý, tre nứa và cây bụi, tạo nên hệ sinh thái phong phú.

Mô hình này được áp dụng thí điểm ở Củ Chi (Thành phố Hồ Chí Minh) cho kết quả khả quan, sau đó triển khai trên 30ha rừng tại Đồng Xoài (Bình Phước) và 200ha ở Vườn quốc gia Nam Cát Tiên (Đồng Nai). Kết hợp với bản đồ quân sự của Mỹ về các khu vực rải chất diệt cỏ ở miền nam (1960-1971), ông đã xây dựng sơ đồ phục hồi các hệ sinh thái rừng nhiệt đới, đặc biệt là rừng sao dầu ẩm bị tàn phá nặng nề.

Trong sơ đồ này, quá trình phục hồi được chia làm 2 bước:
● Bước 1: Phục hồi thổ nhưỡng bằng cây Keo lá tràm để cải tạo đất.
● Bước 2: Phục hồi hệ sinh thái rừng với các mô hình nông-lâm kết hợp ở nhiều địa phương như Định Quán, Tây Ninh, Bàu Cái, Mã Tà, Củ Chi, Nam Cát Tiên…

Mô hình đã bước đầu thành công khi tái tạo hệ sinh thái rừng ẩm nhiệt đới gió mùa nhiều tầng, đưa các loài cây bản địa họ Sao Dầu và họ Đậu trở lại. Nhờ đó, rừng được khôi phục, hệ sinh thái cân bằng hơn, giảm thiểu tác hại của thiên tai lũ lụt, hạn hán, đồng thời mang lại giá trị kinh tế cao cho cộng đồng.

Phát triển từ nền tảng cuốn Thảm thực vật rừng Việt Nam (1971), cuối năm 1999, Giáo sư Thái Văn Trừng hoàn thành công trình mới Những hệ sinh thái rừng nhiệt đới Việt Nam, bổ sung thêm nội dung về phục hồi hệ sinh thái rừng bị chiến tranh hóa học tàn phá, cùng giải pháp xây dựng các khu bảo tồn thiên nhiên và vườn quốc gia nhằm bảo đảm đa dạng sinh học. Cuốn sách được Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật ấn hành năm 1999 và ngay năm sau, ông được trao tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học-công nghệ.

Trên thực địa, trong các chuyến khảo sát từ Pắc Bó đến Quy Nhơn, ông phát hiện nhiều hệ sinh thái quý giá, góp phần đặt nền móng xây dựng Vườn quốc gia Cúc Phương. Sau năm 1975, ông cũng là người góp phần quan trọng trong việc nghiên cứu hệ sinh thái tại Nam Cát Tiên, để khu rừng cấm này trở thành Vườn quốc gia Nam Cát Tiên ngày nay.

Di sản khoa học của Giáo sư Thái Văn Trừng không chỉ nằm ở những công trình nghiên cứu có giá trị hàn lâm, mà còn ở những mô hình phục hồi rừng mang lại hiệu quả thực tiễn, góp phần "mang lại sự sống" trên những vùng đất từng bị tàn phá bởi chiến tranh và thiên tai.

Ông đã để lại cho hậu thế không chỉ một hệ thống tri thức khoa học bền vững, mà còn là khát vọng gìn giữ và phát triển rừng Việt Nam như một phần cốt lõi của dân tộc. Nhắc đến Giáo sư Thái Văn Trừng, các thế hệ hôm nay và mai sau sẽ luôn nhớ về một nhà khoa học tận hiến, người đã biến tình yêu với rừng thành đóng góp to lớn cho đất nước.