В 1925—1928 гг. Е. О. Патон большое внимание уделяет восстановлению железнодорожного транспорта страны, подготовке кадров мостостроителей, созданию новых учебников и монографий по мостостроению.

За время с 1896 по 1929 г. он создал множество проектов мостов! Мухранский мост в Тбилиси, шоссейные мосты через реки Сож, Рось и Днепр и ряд железнодорожных мостов.

Разработанная им оригинальная конструкция разборных мостов, выгодно отличавшаяся от зарубежных, широко применялась русской армией в первой мировой войне под названием мостов Патона.

Многолетняя исследовательская работа Е. О. Патона, в частности на мостостроительной станции, организованной им в 1920 г., позволила глубоко изучить вопросы прочности, устойчивости и динамики мостов. В 1929 г. Е. О. Патон был избран действительным членом Академии наук Украинской ССР.

Исследования Е. О. Патона способствовали созданию отечественной школы мостостроения. Его труды восполнили значительные пробелы в представлениях о работе главных частей пролётных строений мостов.

По различным вопросам мостостроения Патон опубликовал более 160 работ.

С 1929 г. начинается новый этап в техническом творчестве Патона — его увлекает проблема электрической сварки металлов. Патон хорошо знал недостатки мостовых конструкций, из которых едва ли не самым существенным были клёпаные соединения элементов. Введение рациональных конструкций пролётных строений, совершенствование методов их монтажа, необходимость изготовления огромного количества металлоконструкций, — всё это настоятельно требовало замены трудоёмкой и малоэффективной клёпки более прогрессивным способом образования неразъёмных соединений. И таким способом, по мнению Е. О. Патона, была электросварка. «Желание послужить делу пятилеток толкнуло меня в 59 лет, после 33 лет работы по мостам, взяться за новое тогда в нашей стране дело — электросварку», — писал Патон. Он оценил технико-экономические преимущества электросварки по сравнению с клёпкой: она ускоряла процесс соединения конструкций, требовала меньше металла, была дешевле и менее трудоёмкой. С присущей ему энергией Патон взялся за дело. В 1929 г. он организовал в Киеве при кафедре инженерных сооружений Академии наук УССР небольшую сварочную лабораторию. Её сотрудники поставили перед собой цель — внедрить электросварку в промышленность. Это определило характер и методы работы лаборатории.

В 1930 г. при лаборатории на общественных началах был организован Электросварочный комитет.

Первые исследовательские работы, выполненные сотрудниками электросварочной лаборатории и Электросварочным комитетом, касались вопросов прочности сварных соединений и конструкций, а также изыскания оптимальных конструктивных форм их элементов. Много внимания уделялось изучению статической и вибрационной прочности, определению характера и величины возникающих при сварке остаточных напряжений и деформаций. Эти исследования послужили как бы связующим звеном между работами Патона в области мостостроения и его деятельностью в области электросварки и способствовали пропаганде электросварки и преодолению недоверия к ней в условиях недостаточной разработанности сварных конструкций, вначале зачастую выполнявшихся по образцу клепаных конструкций, без учёта специфики новой технологии — изготовления неразъёмных соединений.

В результате проведённых изысканий было, например, установлено, что электросварку можно применять и в конструкциях, испытывающих не только статические, но и динамические нагрузки.

Работы, выполненные Патоном вместе с его учениками и сотрудниками в 1930-х гг., посвящённые исследованию прочности различных сварных конструкций, изысканию конструктивных форм, оптимально отвечающих условиям сварки, сыграли исключительно важную роль в разрешении наиболее актуальных вопросов в области проектирования сварных металлических конструкций. Эти работы обосновали и облегчили переход в нашей стране от клепаных конструкций к сварным.

В 1930-х гг. Патон опубликовал первые монографии, в которых обобщил основные принципы расчёта и проектирования сварных конструкций.

Объём работ кафедры инженерных сооружений и Электросварочного комитета вскоре настолько расширился, что в конце 1933 г. Патон поставил вопрос об организации на базе этих учреждений Научно-исследовательского института электрической сварки Академии наук УССР, который стал первым в мире крупным центром исследовательских работ в этой области. Е. О. Патон стал бессменным руководителем института до конца своей жизни.

Особое внимание Патон уделял процессам механизации и автоматизации электросварки, создавая сварочные автоматы и полуавтоматы. Уже в начале 1932 г. под руководством Патона была разработана автоматическая сварочная головка для сварки открытой дугой. Нужно заметить, что автоматы для дуговой электросварки начали использоваться за границей (особенно в США и Германии) гораздо раньше, чем у нас, но они отличались большой громоздкостью и сложностью и были недостаточно надёжны в работе. Патон отказался от копирования заграничных образцов. Сварочные автоматы отечественной конструкции по своим технико-экономическим качествам, по портативности и манёвренности впоследствии намного превзошли лучшие заграничные образцы.

Очень большое значение имели исследовательские работы по технологии сварки, проводимые под руководством Патона в первые годы её внедрения. По мере расширения области применения электросварки всё более жесткими становились требования к сварному шву (в первые годы к сварному шву предъявлялось лишь одно требование — прочность). Это заставило самым серьёзным образом изучить явления, происходящие в сварочной дуге, а также выявить причины изменения структуры металла шва и влияния этого изменения на химические и физические свойства. В результате был получен ряд электродных обмазок, давших возможность получать металл шва требуемого качества.

Патон понимал, что для получения максимального эффекта недостаточно автоматизировать только собственно процессы дуговой сварки, необходимо механизировать и вспомогательные операции в сварочном производстве. Поэтому в Институте электросварки под руководством Патона были разработаны различные устройства, позволяющие механизировать весь комплекс сварочных работ при изготовлении балок, сосудов, колонн и других металлических конструкций.

В 1938 г. началось серийное изготовление при помощи автоматической сварки открытой дугой, разработанной Е. О. Патоном и институтом, железнодорожных цистерн, паровых котлов, речных судов, вагонов и т. д.

Но скоро стало очевидно, что ресурсы дальнейшего повышения производительности автоматов, в силу специфики процессов сварки открытой дугой, исчерпаны. Нужен был принципиально новый вид автоматической сварки, который позволил бы внести качественные изменения в металлургические процессы, протекаюшие при дуговой сварке. Использовав десятилетний опыт работы Института электросварки, также обобщив результаты исследований, выполненных Н. Н. Бенардосом, Н. Г. Славяновым и др., Патон и группа сотрудников Института в 1939—1940 гг. разработали новый метод — автоматической (или, как её тогда называли, «скоростной») сварки под слоем флюса, получившей известность под названием «метода Патона». Она позволила резко повысить производительность (в 5—12 раз по сравнению с производительностью ручной сварки) и улучшить качество сварных соединений. Повышение производительности объясняется возможностью значительно увеличить силу тока, а также более эффективно по сравнению с ручной электросваркой использовать тепло сварочной дуги. Качество сварных соединений повышалось главным образом за счёт надёжной защиты расплавленного металла от вредного воздействия кислорода и азота воздуха.

В 1940 г. вышла монография Патона «Автоматическая сварка голым электродом под слоем флюса».

В том же 1940 г. было принято специальное постановление о широком внедрении такого вида сварки в народное хозяйство. Руководство работами по внедрению изобретения было возложено на Е. О. Патона, назначенного государственным советником при Совнаркоме СССР.