По-прежнему предметом постоянной заботы Бопч-Бруевича остается вопрос о том, как с помощью существующей техники подойти к решению задачи создания сверхмощных радиостанций. Здесь снова все упиралось в лампы. Расчеты показывали, что даже с помощью стокиловаттных ламп по-настоящему сверхмощную станцию создать трудно: их потребовалось бы включить одновременно более пятидесяти. Сомнительно, чтобы такая многоламповая громадина работала устойчиво. И Бонч-Бруевич выдвигает необычное и смелое инженерное решение. Надо строить не одну трудновыполнимую сверхмощную станцию, а несколько, например три, менее мощных, но вполне практически осуществимых, а энергию от них суммировать в месте приема. В статье, опубликованной в 1932 году, предложение Бонч-Бруевича формулировалось довольно длинно, но зато вполне понятно радиоспециалистам: «Радиотелефонирование при помощи раздельного излучения несущей волны и боковых частот». Тогда подобная идея казалась до дерзости смелой и почти невозможной. Но пройдет немного лет, и предложенный советским ученым способ в несколько измененном виде будет воплощен сначала в советской радиовещательной коротковолновой станции РВ-96, а затем в нескольких английских.
Морозным субботним днем 31 января 1931 года Академия наук СССР завершала свое годичное собрание. Как обычно, на нем решался вопрос об избрании новых академиков и членов-корреспондентов. Известный физик академик А. Ф. Иоффе внес предложение избрать инженера Бонч-Бруевича членом-корреспондентом Академии наук. Предложение поддержали другие ученые. Избрание Михаила Александровича в академию отдавало дань его заслугам в развитии радиотехнической науки.
Несколько небольших комнат в старом здании на бывшей Ново-Исаакиевской улице у Почтамта вместили в себя целый научный институт. ЛОНИИС — так сокращенно назвали Ленинградское отделение научно-исследовательского института связи. В 1931 году Михаил Александрович занял там должность помощника директора. Здесь ему представилась возможность заняться изучением ионосферы. Он решил досконально выяснить ее свойства, высотное расположение, протяженность, толщину, плотность. Бонч-Бруевич взялся за организацию этих работ со свойственной ему масштабностью. Конечно, усилий одного исследователя было мало, здесь требовалась продуманная программа деятельности для целых коллективов. Михаил Александрович организовал несколько специальных, так называемых ионосферных станций, которые в разных широтах, главным образом в северных и полярных, изучали отражение коротких волн от верхних слоев атмосферы. В 1932–1933 годах во время Международного полярного года Бонч-Бруевич часть своей программы согласовал и выполнил в содружестве с учеными других стран. В процессе совместных исследований он представлял Академию наук СССР. Одним из первых в нашей стране Бонч-Бруевич приступил к организации службы радиопрогпозов. Ведь чтобы вести надежные радиосвязи на коротких волнах через ионосферу, нужно хорошо знать, в какое время года и время суток такая связь происходит лучше всего, а когда волны проходят плохо. Только тогда можно предсказать условия радиосвязи, иными словами: определить длину волны для конкретной радиомагистрали, на которой в заданный день и час связь будет наилучшей. Столь важной практической задаче Бонч-Бруевич посвятил много сил, разработав теоретические подходы к ее решению. Он организовал изучение прохождения радиоволн на магистралях связи Москва — Ташкент и Москва — Хабаровск. Накопленный материал позволил создать в ЛОНИИС в последующие годы первую в стране службу радиопрогнозов. А в настоящее время без нее дальняя радиосвязь вообще немыслима.
В изучении ионосферы Бонч-Бруевич применил совершенно новый для того времени метод, снова блеснув своим изобретательским талантом. Он применил своеобразное «радиоэхо». Михаил Александрович часто вспоминал, как в детстве в Киеве его с братьями забавляло обычное эхо: крикнешь, бывало, погромче, и слушаешь, когда эхо принесет обратно твой же собственный отраженный крик. Уже тогда из книг по физике он знал, что если подсчитать — через сколько секунд вернется эхо, то можно определить расстояние до отражающей звук преграды, например горы или леса. Расчет оказывался несложным: скорость звука известна — это треть километра в секунду. Помножишь эту величину на время в секундах, и будешь знать расстояние, пройденное сигналом туда и обратно. Раздели пополам — и получится искомое расстояние до препятствия. Бонч-Бруевич предложил при исследовании ионосферы применить радиоимпульс, то есть короткую посылку радиоволн. Вместо звука летел к ионизированным слоям атмосферы и обратно своеобразный «радиокрик». Специальный передатчик вырабатывал импульс. Направленной антенной он посылался в ионосферу, там отражался и возвращался назад, а на земле улавливался сконструированным для этой цели приемником. Скорость радиоволн, конечно, несоизмерима со скоростью звука: она составляет триста тысяч километров в секунду. Время здесь измеряется тысячными долями секунды. Но Бонч-Бруевич создал аппаратуру, пригодную для определения неощутимо малых промежутков времени, а тем самым — и расстояния до ионизированного слоя.
В 1935 году в Ленинграде в системе Наркомата тяжелой промышленности был создан научно-исследовательский институт. Бонч-Бруевич занял в нем должность заместителя директора по научной работе. Последние пять лет жизни он посвятил изучению ультракоротких волн и разработке технических средств для передачи, излучения и приема УКВ. Одной из важнейших здесь была проблема генерирования УКВ. Но еще не существовало подходящих для такой цели ламп. Над их созданием работали многие. Осенью 1935 года Бонч-Бруевич одним из первых в мире ученых высказал очень интересную идею создания лампы нового типа, пригодной для генерирования радиоволн дециметрового и сантиметрового диапазонов. Суть его идеи состояла в том, что электронный поток, вращаясь в постоянном магнитном поле, проходит мимо специальных связанных между собой колебательных контуров. Электроны отдают энергию, и в контурах возникают радиоколебания. Эта идея была воплощена в новой лампе учениками Бонч-Бруевича Н. Алексеевым и Д. Маляровым. Созданная ими лампа получила название «многокамерный магнетрон». Ее ожидала завидная судьба — именно она позволила построить радиолокаторы сантиметровых волн, которые во время второй мировой войны нашли самое широкое применение. Надо сказать, что сам принцип магнетрона был известен и до разработки магнетрона многокамерного. Но тогда речь шла об очень малой мощности. Лампы же Алексеева и Малярова на волне 10 сантиметров сразу же дали три сотни ватт — величину для того времени неслыханную.
У творческих людей в пору зрелости всегда появляется необходимость передавать свои знания другим, готовить себе смену. Михаил Александрович всю жизнь учился и учил. В тридцатых годах Михаил Александрович стал понимать, что формирование инженерных кадров имеет определенные пробелы. Он осознал, что радиоинженеру нужна основательная теоретическая подготовка но специальности, прочно увязанная с практикой. Он понимал также, что именно ему, имевшему огромный опыт в решении самых различных проблем радиотехники, следует вложить свою лепту в столь важное дело. И поэтому, когда ь 1932 году ему предложили возглавить кафедру теоретической радиотехники в Ленинградском электротехническом институте связи, он охотно согласился.
К своей педагогической деятельности Бонч-Бруевич подошел творчески. С его участием разрабатывались новые программы преподавания радиотехнических дисциплин. В читаемых им курсах студенты знакомились с самыми важными достижениями теории и практики мировой радиотехнической науки. И конечно, опытный практик щедро делился с ними тем, к чему пришел в своей практической деятельности. Разработанные Бонч-Бруевичем программы были отточены и совершенны. Они не изменялись в течение почти двадцатилетнего срока. Бонч-Бруевич впервые в вузовской практике создал курс теоретической радиотехники, значительно увеличил число часов для занятий лабораторной практикой и курсовым проектированием. Следствием всего этого стало значительное повышение профессионального уровня выпускников института. Очень важным считал Бонч-Бруевич дать студентам основательный материал по теоретическим основам явлений, происходящих в процессе радиосвязи, научить их за формально-математическим аппаратом видеть физическую сущность процессов. Вместе с тем он категорически выступал против любого упрощенчества, против подмены точного и глубокого знания приближенным описательством. И конечно, много сил потребовало от него создание учебных курсов по основам радиотехники, сопряженной с большим и скрупулезным трудом по систематизации всего накопленного к тому времени знания, по методически четкому изложению. Всеми этими достоинствами был наделен вышедший в 1936 году его учебник «Основы радиотехники» в двух частях. В том же году вышло и его переиздание. Вместе с написанной в 1934 году Бонч-Бруевичем монографией «Излучение и распространение радиоволн» учебник долго оставался учебной основой для преподавания радиотехнических дисциплин во всех советских высших учебных заведениях.