楊振寧身居海外多年,但始終牢記父親楊武之“有生應(yīng)感國恩宏”的囑托,擁有濃濃的家國情懷。1971年中美關(guān)系剛有解凍跡象,他寫信給父親表達回國探親的意愿,獲批準后回國訪問,受到黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的親切接見,并見到了摯友鄧稼先。返美后,他到多所大學(xué)演講,掀起大批華裔學(xué)者訪華熱潮,被譽為架設(shè)中美學(xué)術(shù)交流橋梁第一人。1972年,他再次回國訪問,向周恩來總理提議中國應(yīng)重視基礎(chǔ)科學(xué)研究,得到周總理的高度重視,對恢復(fù)和加強中國的基礎(chǔ)科學(xué)研究起到了重要作用。1977年,為促進中美邦交正?;?,他組織成立全美華人協(xié)會并擔任會長。1979年1月30日,他在華盛頓主持歡迎鄧小平的宴會并致辭,指出中美建交符合兩國人民利益,并強調(diào)世界上只有一個中國,呼吁華人華僑為中國統(tǒng)一大業(yè)作出貢獻。
此后數(shù)十年,楊振寧為促進中國科技交流和進步做了大量工作。他從國家發(fā)展大局出發(fā),為中國重大科學(xué)工程和科教政策制定發(fā)表關(guān)鍵性意見。1980年他在紐約州立大學(xué)石溪分校設(shè)立“對華教育交流委員會”,資助中國學(xué)者到美國進修。前后十余年間,近百位學(xué)者受此資助赴美進修,成為后來中國科技發(fā)展的重要中堅力量。1982年,他致函中央領(lǐng)導(dǎo)同志,就中國科研事業(yè)的戰(zhàn)略性問題和發(fā)展方向提出意見和建議。1980年代起,他先后幫助中山大學(xué)、南開大學(xué)等國內(nèi)高校設(shè)立理論物理等基礎(chǔ)科學(xué)研究機構(gòu)。1986年,他應(yīng)邀擔任香港中文大學(xué)博文講座教授,此后經(jīng)常訪問香港,對香港的科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。1989年,他擔任亞太物理學(xué)會首任主席,該學(xué)會后來設(shè)立“楊振寧獎”以表彰年輕學(xué)者。1992年,他協(xié)助設(shè)立了“求是科學(xué)基金”和“何梁何利基金”。從1997年到2005年的八年間,他多次致信中央領(lǐng)導(dǎo)同志,力主中國應(yīng)立即發(fā)展自由電子激光,對中國建設(shè)自由電子激光裝置作出歷史性貢獻。2002年,他應(yīng)邀參與籌建邵逸夫獎勵計劃,并擔任總評選委員會主席。2018年,他還應(yīng)邀擔任“科學(xué)探索獎”的共同發(fā)起人。