1931年，北京大学理学院院长刘树杞经姜立夫推荐，邀请江泽涵到北京大学任教。当时，莱夫谢茨也曾劝他留下来继续做研究助教，但他决定学习姜立夫学成回国的榜样，谢绝了莱夫谢茨的挽留，同年夏天回国到北京大学任数学系教授。

1934年，担任北京大学数学系主任。

1936年，第二次去美国，在普林斯顿高等研究所进修一年。

1937年，回国时抗日战争已经爆发，北京大学已迁往昆明，与清华大学、南开大学两校组成国立西南联合大学。江泽涵也举家辗转来到昆明，在国立西南联合大学数学系任教，还兼任过数学系主任。

1941年，国立中央研究院设立数学研究所筹备处，附设在国立西南联合大学校内，江泽涵被聘为兼任研究员。

1946年夏，又随北京大学迁回北平，北京大学理学院院长饶毓泰教授出国访问，江泽涵担任了一年代理院长。

1947年夏，被教育部选派出国进修，本拟再去普林斯顿高等研究所，临行前在姜立夫和陈省身的劝说下，他改去了瑞士苏黎世高等工业学院，跟代数拓扑学家H·霍普夫（Hopf）教授进修了两年。

1949年，克服了重重困难，于8月8日回到解放了的北平。中华人民共和国成立以后，继续在北京大学任教。

1952年，由于院系调整，北京大学、清华大学和燕京大学三所大学的数学系合并，成立了北京大学数学力学系，由三位老系主任中最年轻者，清华大学的段学复任新主任，江泽涵接受了这个安排。同年，加入中国民主同盟。

1955年，当选为中国科学院学部委员（数理学部）。

1981年，加入了中国共产党。

1994年3月29日，逝世，享年92岁。

江泽涵早年研究尼尔森的不动点类理论，成功地用复迭空间替代了双曲几何，后与他人一起提出自映射的伦型概念，并指导他人在尼尔森数的计算和实现问题上取得重大突破，将莫尔斯理论直接用于分析学中，得到了调和函数的多项重要结果。在复迭空间和纤维丛方面取得多项创见性成果。

根据2018年6月北京大学数学科学学院网站显示，江泽涵著有论文《能定向的二维闭流形的基本群与泛覆叠空间的扩充》《格林函数临界点的存在》《同一伦型的自映射的尼尔森数》（合著），专著有《拓扑学引论》《不动点类理论》。

中华人民共和国成立之初，江泽涵担任中国科学院数学研究所筹备处副主任，亲手为北京大学数学系与中国科学院数学所的合作和相互支持的良好关系奠定了基础。

江泽涵发扬北京大学老校长蔡元培倡导的在学术上“兼容并蓄”的精神，任用各个学科方向的有才华的年轻人在北京大学做教员。在江泽涵主持下的北京大学数学系，教师队伍力量雄厚，学科门类较齐全，教学质量和学术水平也都站到了全国的前列。

江泽涵参照欧美大学的办学体系，改革北京大学数学系的系务和教学计划，制定规章制度，多方努力邀请到国际数学家来华讲学乃至任教，为北京大学数学系的长足发展奠定了基础。

1955年，江泽涵当选为中国科学院学部委员（院士）。

江泽涵在多年科研生涯中留下的精益求精的学术精神，在生活中留下的朴实无华的道德品质都为我们树立了榜样。（科普中国评）

江泽涵是中国拓扑学研究的开拓者之一，在莫尔斯临界点理论、复迭空间、纤维丛以及不动点类理论等方面都作出了贡献。（《中国科学报》 评）

2004年，北京大学教务部、数学学院和团委联合推出首届“江泽涵”杯数学建模与计算机应用竞赛，该竞赛是为了适应数学学科的特殊性，推动数学专业人才的培养，并为参加全国性的数学竞赛准备选手。