1954~1958年他担任建筑材料部水泥研究院混凝土室主任,1956年被评为一级工程师,1957年参加中国共产党。1959~1961年任该院副院长兼总工程师。他在任职期间,积极推进当时建材部领导提出的用水泥制品代钢代木的方针,组织研究队伍,大力研制与开发一系列水泥制品,满足了当时我国国民经济发展的需要,并为我国水泥制品工业的创建与发展奠定了基础。1959年他首次发表混凝土中心质假说,开创了通过亚微观、微观方法研究混凝土组分、结构对性能影响之先河。1962年起他任中国建筑材料研究院总工程师兼《硅酸盐学报》主编。1964年当选为第三届全国人民代表大会代表。在文化大革命中受冲击,被打成资产阶级反动学术权威,后经平反。于1978年受聘为清华大学土木系教授、博士生导师。1979~1991年任中国建筑材料科学研究院总工程师、副院长、技术顾问等。为解决混凝土的抗裂防渗问题,指导与推进膨胀混凝土的研究,他提出混凝土的补偿收缩模式,结合工程实际进行推广,成效卓著,1979年膨胀混凝土后浇缝技术成功地应用于毛主席纪念堂的防水工程。1980年后,他在中国建材科学研究院、清华大学与武汉工业大学任研究生导师,培养博士生与硕士生。1982~1985年任国务院学位委员会首届学位评审组成员。1980~1996年被聘为国际刊物Cement &Concrete Research编委,1997年后为该刊荣誉编委。1992年在国内首先提出研究与推广高性能混凝土的建议。继而根据可持续发展战略,提出环保型胶凝材料与绿色高性能混凝土的新概念;针对我国水泥工业现状提出调整产业结构,大量利用工业废渣等建议。1994年吴中伟当选为中国工程院院士,1998年评为资深院士。他在国内外发表学术论文百余篇,出版专著8本与诗文选1本。共培养博士、硕士20多名。鉴于他对水泥混凝土材料和技术研究的突出贡献,荣获何梁何利基金1999年度技术科学奖。2000年2月4日吴中伟因病逝世,享年82岁。吴中伟为我国无机非金属材料科技的发展,尤其是混凝土科技的开拓创新与专业人才的培养,贡献了毕生的精力,作出了重大的贡献。