丁一汇多次参与和主持国家和部门级重大攻关和研究项目，为推动中国的气象业务发展做出了重要的贡献，并在气候变化、亚洲季风以及中国的灾害性天气方面做出许多重要研究成果。在许多国际活动与组织中做出重要贡献，参与和主持编写IPCC第一、二、三、四次气候变化评估报告。主持领导并参与国家气候中心的建设，经7年努力，国家气候中心目前已建成为国内外重要的气候预测和研究机构。建立了中国气候监测、预测、评估和服务的综合业务系统，每年为国家提供月、季、年预报结果。1967年，丁一汇毕业时，部队里出于军事需要而要对高空风进行研究，被派去进行高空风研究后，他在1970年又从事卫星云图和资料分析，并担任中国气象局、北大地球物理系和中科院大气物理所联合云图分析组长。五年时间里，他在气象学家陶诗言的指导下，开始在中国应用卫星云图。1975年8月，河南暴雨成灾，驻马店板桥水库溃坝。因为天气预报水平有限，通讯设施也不完善，损失很大。丁一汇又临危受命，和另外两名同志组成“暴雨组”。他们所发展的暴雨预报“落区法”，被评为中国科学院自然科学一等奖。这是建国后比较早的应对极端天气研究。1979年，国际组织在印度洋组织印度洋季风试验，丁一汇作为中国气候专家，进驻试验团队，差不多半年的时间里，他同各国专家一起辗转阿拉伯海、孟加拉湾，再到新德里，完整地跟踪了一个印度洋季风周期。1994年，国家气候中心成立，丁一汇为首任主任，他们还得到了宝贵的2600万科研经费，聚集了700位科学家，他们却拼命用五年时间建成了观测、预测等于一体的气候监测、预测和服务系统，再用三年时间调报，中国第一代气候预测模型终于“可以用了”，这个项目填补了中国在气候变化领域的一项空白，这项研究获2003年国家科技进步一等奖。1990年，丁一汇被派往联合国，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）主席团成员，通过两年时间的论证商讨，《IPCC第一次气候变化评估报告》及《补充报告》于1992年出炉，报告首次提出“持续的人为温室气体排放在大气中的积累将导致气候变化”这个观念，这项报告直接促成了1994年《联合国气候变化框架公约》生效。1998年，中心成功地预测了长江流域的严重洪涝灾害；连续四年成功地监测预测了厄尔尼诺事件，并对近几年气候趋势做出了基本准确的预测，各种动力气候模式业务系统也在不断地完善。