1977年10月22日，邓小平圈阅同意中国科学院《关于仍由郭沫若同志担任中国科学技术大学校长的请示报告》。中国科学院决定副院长李昌兼任中国科大第一副校长，严济慈、华罗庚、武汝扬任副校长。1977年9月，武汝扬任党委书记，1978年杨海波任党委书记。1978年2月17日，学校恢复列为重点大学。
    在国家奋力改革开放的新时期，科学、教育的春天降临大地。在20世纪70年代末80年代初，中国科大在教育和科研等方面，提出并实施了一系列富有前瞻意识和创新意识的改革举措，主要有：

    1. 面向世界，开放办学

    中国科大在全国大学中率先实行对外开放，选拔200余名优秀青年教师赴欧美进修访问，接着从1977级学生中选拔部分优秀学生出国攻读博士学位，他们学成回校后很快成为学校师资队伍中的中坚力量。1978年，龚昇、黄茂光、吴杭生、曾肯成、杨衍明、项志遴等7名科大教师在恢复职称制度后首批晋升为教授。除中国科学院大批科学家继续到校讲学外，学校还邀请杨振宁、李政道、丁肇中、李远哲、吴健雄、袁家骝、陈省身、任之恭、萨拉姆等国际著名科学家到校讲学并聘为名誉教授、客座教授或授予名誉博士。学校先后与30多个国家和地区的近百所大学、科研机构签订了合作交流协议，建立了稳定的合作关系。平均每年有近300位外籍专家、学者来校讲学或进行合作研究，先后选派教师近**次赴30多个国家与地区访问学习或进行合作研究。聘请上百位名誉教授和客座教授，举办了多次大型国际学术会议。

    2. 首创少年班

    1978年3月，经中国科学院和教育部批准，中国科大经过考试选拔智力超常的少年进校学习，探索在少年中成功培养合格大学生的经验。首期少年班21人，平均年龄14岁，年龄最小的谢彦波仅11岁。少年班办学成绩斐然，取得丰硕成果，在全国产生很大影响，也引起国际上的重视。李政道从美国寄来贺词：“人才代出，创作当少年；桃李天下，教育数科大。”邓小平1984年8月会见丁肇中时对中国科大少年班作出较高评价：“少年班很见成效，也是破格提拔，几个大学都应当办少年班。”此后，部分著名高校也陆续开办少年班。1985年9月，为把少年班经验向普通本科教育推广，中国科大仿照少年班办学模式，开办了“教学改革试点班”（“零零班”）。少年班与零零班统一管理，共同培养，学生优势互补、相得益彰，成为一个和谐整体。截至2007年，少年班与零零班共招收学生2252人，已毕业1793人。其中少年班935人被录取为国内外研究生，占91%。前16届毕业生（1983-1998年）共590人，64%获得博士学位，26.9%获得硕士学位。有的已经学成回国工作。少年班毕业生中有我国最年轻的学生、硕士、博士、副教授、教授，以及一批在国际科学前沿卓有成就的杰出人才（仅1978级少年班就有3位校友当选为IEEE院士）。开办少年班是中国教育史上的一个创举，为我国教育改革和世界超常教育的发展作出了积极贡献。

    3. 创办全国第一个研究生院

    1977年10月初，中共中央、国务院批准中国科大在北京成立研究生院。1978年3月，中国科大研究生院正式成立，这是全国最早创办的研究生院。不久，中国科大明确提出建立培养本科---硕士---博士的完整教育体系。1981年11月，学校被国务院批准为首批博士和硕士学位授予单位，其中博士点11个，硕士点24个。1983年，国内首批授予博士学位的18人中，有白志东、苏淳、李尚志、范洪义等7人为中国科大培养的研究生。1982年1月，中国科大被国务院批准为首批博士学位授予学校。1986年，合肥校本部也设立研究生院。

    4. 不断深化教学改革

    1980年7月23日至30日，在中科院党组的领导下，中国科技大学第二次工作会议在北京召开。会议着重研究了如何发挥科学院和科大在科学技术研究、人才培养方面的优势，并为进一步办好在合肥的校本部和在北京的研究生院作出决定，使科大的发展进入一个新的时期。第二次工作会议遵照中共中央关于教育工作的一系列指示精神，确定了科技大学培养高水平的学士、硕士、博士的培养目标，继续贯彻和发展“全院办校，所系结合”的方针，推动学校与科研单位的联合；增设一些目前国家急需的新兴技术方面的系科、专业；正确处理教学与科研的关系，进一步搞好教学和科学研究；由科大校务委员会对合肥校本部和北京研究生院的工作作为一个实体的两部分进行统一规划和安排；在办学条件上中科院将给学校以更多的支持，并要求学校加强政治思想工作。
    1980年代初，中国科大在全国率先提出并实施专业结构调整和改造，使当时以理工为主的学科结构调整为理工结合、兼有文管的综合性学科结构，并通过不断完善，使学科专业一直保持在全国高校的先进水平。学校还及时提出对人才培养目标进行调整，进行“4-2-3(学士-硕士-博士)分流培养”的试点，通盘考虑高等教育的三个层次，旨在提高研究生培养质量，缩短培养周期，在保证质量的前提下提高办学效益，为后来国内高校推行“硕博连读”制积累了成功经验。1980年中国科大开始实行学分制，同时实行免修、选修、跳级等措施；试行导师制，允许对拔尖学生单独拟定培养计划；鼓励学有余力的学生尽早参加科研活动，设立学生科研专项费用，开放部分实验室供学生使用。1985年，中国科大开办不分系科专业的教学改革试点班，设立主辅修制、双学位制，为优秀年轻人才脱颖而出创造了良好的条件。
    经过一系列的改革创新，中国科大的各项事业取得了长足进步，为国家培养出大批高层次优秀毕业生，并取得一批重要科研成果，在国内外声誉鹊起。1977年以后入学的中国科大历届毕业生中，有60%以上考取国内外研究生。在1979～1988年中美联合招考物理留学生项目（CUSPEA）中，中国科大学生共考取237人，占录取总数的25.8%，为全国之冠。在历年全国大学英语四、六级统考中，中国科大学生平均成绩一直名列榜首。1983年，英国《自然》杂志撰文称中国科大为“招风的大树”。美籍著名物理学家、诺贝尔奖获得者杨振宁多次访问中国科大，并担任中国科大理学院名誉院长。他认为，中国科学技术大学是中国拥有最好的青年学生、富有活力、充满希望的大学之一。