为了改变西北地区科研事业几近空白的状况，加速大西北经济建设的步伐，中央决定设立中国科学院西北分院。1954年7月西北大区撤销后，中国科学院西北分院筹备委员会在西安成立，盛彤笙调任西北分院筹备委员会第二副主任委员。依据中科院提出“分院院址根据开发西北资源的长远计划，以在兰州为宜”的要求，盛彤笙与筹委会另一名副主任委员董杰，年底专程到兰州选址。甘肃省委第一书记张仲良对在兰州选址建分院非常关心和支持，热情接待了筹委会领导和选址人员，并说：“地方早准备好了。一块是泥窝庄（即现宁卧庄），一块是段家滩，由你们挑选。”经过认真考虑，他们最后确定建在盘旋路东北侧的宁卧庄，征地1000亩。
1956年5月，筹委会从西安迁至兰州，主任委员改由甘肃省委第一书记张仲良兼任，盛彤笙任第一副主任委员。当时的筹备工作非常繁忙，绝不亚于筹建兽医学院。盛彤笙日夜操劳，为分院的建立竭尽全力地工作着，很多事情都要找领导定夺，这种连轴转的高强度工作，使有位领导成员有点招架不住，就在自己家的门口贴了一张字条：“谈公事请到办公室”。而盛彤笙对此有些看法，他认为创业时期，工作千头万绪，哪能按部就班呢？于是也在自己家门口贴了字条：“草创时期24小时办公”。那位领导成员见后，第二天连忙将自己写的字条撕去。
在兰州市委、市政府的大力支持下，基建工作从规划、征地、搬迁到施工建设，进行得十分顺利。到1956年底，化工楼、物理楼、档案馆以及两栋宿舍先后竣工。西北第一个新兴的科研机构，在皋兰山下、黄河之滨悄然挺立。
盛彤笙还给中科院西北分院带来了严谨之风。许多人回忆起当年在分院发生过的一件轶闻：一次领导干部会议上，总务科长随地吐了一口痰，很难想象生活细节上一贯严谨的盛彤笙能容忍这种不文明的行为，他实在难以掩饰内心的不快，当众将痰盂端到他的身边说：“请你以后把痰吐在这里面！”就这样一个举动，把中科院西北分院随地吐痰的风气给治住了。结果这件事在“反右”中却受到批判，说盛彤笙“瞧不起工农干部，缺乏劳动人民的感情”。真是欲加之罪，何患无辞！
中科院西北分院筹委会的工作中，最重要的就是筹建科研机构和组建科技队伍。经过一段时间的紧张筹备，中科院物理研究所兰州物理室、中科院地质研究所西北地质室、中科院大连石油研究所兰州分所、中科院地球物理所西北物理观象台、西北兽医室等5个研究单位和中科院图书馆兰州分馆相继成立，一大批科技人员也从全国各地陆续来到兰州。这里仅说说西北兽医室的筹建经过，看看盛彤笙等领导是如何走过一条从无到有、从小到大的发展之路。
作为一个目光深远的科学家，盛彤笙认识到发展畜牧业是西北经济建设的重头戏之一，而落后的兽医科研事业又制约着畜牧业的发展。他建议在中科院西北分院成立一个兽医研究室，然后再向国际一流水平的综合性兽医研究所过渡。他对该室的筹建，从选择地址、购置设备、采购图书到确定工作步骤，都亲自过问。同时，更多的是把精力放在调查研究、选才用才上。
经盛彤笙多方努力，1956年从西北畜牧兽医学院调来了蒋次昇教授，给兽医研究室增添了很大的分量，成为兽医研究室的重量级人物。此后，从苏联列宁格勒兽医学院毕业分配来翟旭久，从北京农业大学和西北畜牧兽医学院陆续毕业分配来袁永隆、陈金水、江敦珍、郑慎修、刘纯传、张科仁、任正光、瞿自明、张冀奂、侯亦昭、蔺志新、贺敬斋、刘思职、许登艇、肖尽善、王应文等25名科技人员。
要建一流水平的研究所，承担高层次的研究任务，就必须培养一流的研究骨干。盛彤笙和蒋次昇除亲自指导他们开展一些调查研究外，还选拔部分人员分送有关名校名师那里深造。其中，张振兴送大连医学院进修；许登艇送北京学习微生物学细菌操作技术和奶牛布氏杆菌病的诊断技术；肖尽善送西北畜牧兽医学院学习畜禽去势，后送河南正骨医院学习中医的正骨、接骨技术；王应文送西北畜牧兽医学院进修内科学；翟旭久、陈金水在许绶泰教授指导下进修家畜寄生虫学，进修期间，翟旭久还发现了一种命名为盛氏许壳绦虫的寄生虫新品种；江敦珍、郑慎修在廖延雄教授处进修兽医微生物学；张冀奂在谢铮铭教授指导下进修家畜解剖学；张科仁、任正光、蔺志新在西北畜牧兽医学院内科教研组进修内科诊断和家畜临床检验；瞿自明送东北农学院参加苏联专家举办的家畜内科学讲习班。这些人日后都成为研究所第一代科技骨干和领导骨干。
盛彤笙作为我国现代畜牧兽医学的奠基人之一，早在兽医研究室建立初期，就考虑祖国传统动物医学的研究，对中兽医进行系统的整理提高，从而达到中西并举、融会贯通的目的。为此，他特派蒋次昇到陕西户县的乡间，学习总结著名老中兽医专家崔涤僧先生的临床诊疗经验。崔涤僧在陕西有“活马王”之称，在当时机械化程度不高的情况下，役马是城市运输和农业生产中的主要动力，总结他的经验，具有十分重要的意义。1957年，西北分院还在七里河王家小庙旧址设立了家畜病院，聘请了崔涤僧老先生来院坐诊，安排科技人员结合临床实践学习和总结崔老先生诊断治疗家畜常见病、多发病的临床诊疗经验。后来，又将崔涤僧老先生调入兽医研究室，在中兽医研究所成立后，崔老先生还担任过副所长。
我国的中兽医诊疗技术在很多方面比欧美一些发达国家的西兽医技术要好，诸如民间广泛流传的家畜去势术，小母猪和公鸡的阉割术，中医的正骨、接骨术，兽医针灸术等都是我国传统动物医学所特有。盛彤笙看到了这方面的优势，提出应该很好地总结、继承和深入研究。他派员到我国养猪业发达的四川、湖南、湖北、广西、浙江等省调查和深入研究，在较短时间内就基本掌握了母猪和公鸡的阉割术，并对其中的手法、器具和消毒方法进行了改进，从而使阉割术更趋完善，在此基础上撰写了图文并茂的《家畜阉割术》一书，在全国推广应用。同时还在家畜病院用中西药结合的方法开展了马骡起卧症、马骡虚劳症、泻泄症、家畜破伤风、猪喘气病、羔羊痢疾、家兔疥癣等病的研究，均取得较好效果。1958年7月，在中科院西北分院兽医研究室的基础上，组建了我国第一个全国性的中兽医研究机构———中国农科院中兽医研究所。由于在地址、建筑、人员、设备方面有较充分的准备，所以中兽医研究所才得以在短时间内顺利建成。历经50多年的建设，这所由盛彤笙策划而建立的研究所，现在已成为人才济济、成果丰硕、学术一流的重要研究机构。
盛彤笙还把祖国的宝贵文化遗产推向了世界。1955年6月，他受中国政府派遣，参加在德国召开的世界兽医会议。这次会议讨论了防止国际间兽疫交叉传播和现代兽医学术发展方向等重大问题。盛彤笙就中国传统兽医学术在现代的运用和发展作了精彩的发言：
“各国同道，女士们，先生们，朋友们：
此次世界兽医大会实乃兽医界的盛事！我们当向各国同行学习，与同道交流，取彼之长，补我之短；扬我之长，补彼之短。积我多年之体验：西方的兽医，以生理解剖为其知，以显微化验彰其形，以化学药物治疗为其本，故其效速而其功倍。西方的现代兽医教育，先鞭辟道而捷足先登，学科严密而无疏漏，实验测定而数足信。然天各一方，地相遥远，自然条件有别，水土造化养育，六畜品类各异。中华五千年文明史，兽医亦源远流长。中国兽医之防疫，虽无现代的手段，却有治病之绝招。牲畜乃无言，兽医亦哑科，全凭兽医一双‘火眼金睛’，一个‘望’字，望其口鼻，望其毛色，望其表而知其里。判断病情全赖经验之足；治疗疫病全靠植物草药。百草治百病，自然之疗法使然，疗效亦确切无疑，为世之首创。梓里乡间，走村进户，串铃响起，兽医往来，流动施治，方便养畜，禁防传播，利民利世。而欲建立现代兽医之教育防治体系，必须建立规模之兽医教育，建立专门家畜病院，建立现代实验手段，建立解剖实证分析，建立系列统一标准，实行草药与化学药物相结合，显其疗效。中国中兽医学术博大精深，我今天仅肤浅地说了一点皮毛而已，故中国兽医亟待挖掘整理而发扬之，同理，我们也必须向各国兽医同道借鉴学习，向现代兽医迈步，共同携手防疫病而惠苍生。”
这一席话深得世界同行的赞赏，引起大家的兴趣，有的要索取资料，有的还表示要派人到中国考察中兽医的诊疗机理。
这一时期，是盛彤笙心情舒畅，工作得心应手的一个时期。不但在轻车熟路的畜牧兽医研究领域，其他领域，他为中科院在西北的发展，也做了重要的奠基性工作。经过4年的努力，先后建立了十几个研究单位和分支学科，专业人员达到460余人。如果盛彤笙能继续正常工作下去，很可能会成为他人生事业中的第三个黄金时期。
但是，现实生活中没有“如果”。1957年夏季，随着我国政治生活的急剧变化，盛彤笙也被抛入狂风恶浪，跌进了人生的谷底。
