华罗庚和钱学森那会儿已大名鼎鼎，而吴文俊在国内数学界知名度却不是很高。获奖两个月以后，他被增选为学部委员。在此前后，他多次随科学家代表团出访社会主义国家，包括罗马尼亚、保加利亚、苏联、东德、波兰。1957年底，他结束了在东德的讲学，回到阔别六年的巴黎，导师埃瑞斯曼邀请他去巴黎大学讲学，他也回到母校斯特拉斯堡大学。
他还写信申请再延长两个月，正好那年八月国际数学家大会在爱丁堡召开，组委会邀请他做45分钟报告，他是新中国继华罗庚之后第二个被邀请的数学家。可是，科学院外事局担心他滞留海外，催促其尽快回国。那段时间吴文俊再次感到迷惘和徘徊，到底何去何从，最后还是祖国和家庭的吸引力更大。从那以后的17年间，吴文俊没有出过国。
专研古代数学，证明中国数学的贡献，注重实际应用
回国后经历了很多运动，在短短十来年时间里，解析数论因为有陈景润、王元和潘承洞的“哥德巴赫猜想”研究，正如火如荼，而拓扑学却是大大落后了，即便吴文俊开创的示嵌类也已经落后人家了。吴文俊被迫更换了博弈论等四五个研究方向，那样很难做出重要的成就。
“文革”后期，江青正领着搞复古倾向——穿唐装，作为数学所副所长的关肇直，适时出了个主意：研究中国古代数学。吴文俊在关先生的鼓动下，首先是《九章算术》。
之后，吴文俊读了数学史家李俨、钱宝琮的书，特别是钱先生的《中国数学史》，他是浙江大学数学系的创系主任。有一次，吴文俊在旧书店里淘到元代数学家朱世杰的《四元玉鉴》，还有两位数学史家——内蒙古师大的李迪和西北大学的李继闵对吴先生帮助也很大，尤其是李继闵对《九章算术》的系列解读和阐释，让他真正领会到中国古代数学的妙处。
吴文俊的第一次突破是复原日高公式的证明，这是三国时期两大数学家之一——吴国赵爽（率先给出勾股定理证明，另一个是魏国刘徽）注《周髀算经》的一篇，叫《日高图说》。说的是在洛阳的平地上竖立两根有刻度的杆，高度和相距已知，然后量它们在地上的影子，就可以测出太阳的高度。1975年，吴文俊复原了两千多年前的证明，以“顾今用”的笔名在《数学学报》发表。
之后，吴文俊复原了刘徽《海岛算经》里“岛高”问题的证明。继《九章算术》后，中国古代数学的另一高峰是秦九韶的《数书九章》，他的大衍求一术（中国剩余定理）和增乘开方术（秦九韶算法）是中国数学的重要创造。他认为秦的方法在于其构造性和可机械化，他用小计算器即可按照秦的算法求出高次代数方程的解，而大衍求一术十分有效，远超西方人的方法，且条件较为宽松。
吴文俊认为，代数是中国古代数学中最有成就的部分，《九章算术》是算法大全，有着世界上最早的几何学、最古老的方程组和矩阵。《九章算术》中解方程的消元法比高斯更早，且已经有正负数的概念，甚至有了实数理论。他还认为证明定理并不特别重要，我们的祖先注重实际问题的解决，数据与数据之间必有某种联系，这种联系是通过方程式呈现的。
吴先生从对中国古代数学的探究中获得启示，推动了他的数学机械化事业。他还依据钱宝琮的观点，提炼出一幅“数学发展简图”，他认为西方数学有两个根源，一是从中国经由印度，二是从希腊经由阿拉伯。他认为祖先最伟大的数学发明是位值制，我们在商朝便有了正式的十进制，就像汉字是从商朝的甲骨文开始定型。1986年，在美国加州伯克利召开的国际数学家大会上，吴文俊应邀作了《中国数学史的新研究》的特邀报告。
花甲年学习编程致力于数学机械化研究，吴方法传遍美国
晚年吴先生回顾自己一生的成就，把拓扑学的工作只排在第三位，而把中国古代数学的研究排在第二位。最引以自豪的是他晚年在数学机械化方面的研究。
在计算机诞生不久的1948年，波兰人塔斯基就从理论上证明了，在初等代数和几何范围内，任意命题都可以用机械方法来判定。
1959年，西南联大毕业的华裔美国数学家王浩在IBM计算机上实现了怀特海和罗素《数学原理》中数百条逻辑命题的证明，用时仅三分种，从而首次验证了计算机进行定理证明的可行性，并且率先提出了“数学机械化”的概念。不过，几何定理的机器证明比起逻辑命题的机器证明要复杂许多。美国人尝试用塔斯基的方法，却一直没有在计算机上成功。
吴文俊受笛卡尔思想的启发，通过引入坐标，把几何问题转化为代数问题，再把它机械化。1977年，吴文俊用手算验证了他用机器证明初等几何定理的方法！翌年，他又把这一方法用于微分几何的机器证明。
年近花甲的吴先生开始学做程序员，他学会了各种计算机语言，吴方法成功了，许多定理一下子证出来了。有位计算机系的旁听生周咸青后来去了美国德克萨斯大学，那里的系主任做机器证明，可是不怎么成功。他介绍吴方法，一试果然灵验，于是传遍美国。1990年，在国家科委支持下，成立了“数学机械化研究中心”，吴文俊出任主任，后来，“数学机械化与自动推理平台”成为首批国家“973项目”。
耄耋年得奖无数保童心，与蛇共舞，骑大象，乘公车看电影
2001年，吴文俊和“杂交水稻之父”袁隆平荣获首届国家最高科学技术奖。2006年，吴文俊又在香港领取了奖金100万美元的邵逸夫数学奖，这是最让他引以为傲的奖项之一。被誉为“东方的诺贝尔奖”，三个奖项中有两项是诺贝尔奖遗漏的，即数学和天文学。数学的第一届奖获奖者是陈省身，第二届获奖者是证明费尔马大定理的英国人怀尔斯。第三届评委会主席是黎巴嫩出生的英国数学家阿蒂亚，评委有中美日俄的四位数学家。获奖人是吴文俊和和美国数学家芒福德，他们都从传统的数学——代数几何和拓扑学出发，转向与计算机相关的新领域，“代表了未来数学的发展倾向，也为数学家的将来提供了一个新的行为模式”。
1984年，吴文俊出任中国数学会理事长。2002年，国际数学家大会在北京召开，吴先生担任大会主席，与电影《美丽心灵》的原型约翰·纳什做了公众报告，他演讲的题目是《中国古代数学的实数系统》。他还拿出奖金100万元，建立了“数学与天文学丝路出版基金”。
