1978年1月22日至30日，国家体委在北京召开全国体育工作会议，会议提出要“大打科研之仗”和“体育要大上快上，科研必须先行”的方针。按照全国体育工作会议的精神，在科研所有关专家和领导的积极建议下，国家体委开始筹建管理科技工作的部门。全国科学大会之后，国家体委新建了科教司，都浩然同志任科教司负责人，兼任科研所负责人。1978年5月，国家体委下发了《关于加强体育科学技术工作的意见》。 科研所积极贯彻会议精神，认真领会国家体委针对科研所研究领域和课题所提出的意见，确立了科研所进一步发展的方向。
1980年5月，科研所向国家体委上报了《1980至1981年国家体委科研所方向任务、体制编制方案的请示报告》 [（80）体研字22号]，《报告》提出：体育科研工作应为体育的普及和提高服务。全所工作应以科研为中心，出成果、出人才。实行专业和业余相结合，基础科学与应用科学研究相结合，当前任务与长远任务相结合。1979年全国体育科技会议明确指出：“国家体委科研所着重研究优秀运动员提高技术水平和体育基础理论方面的问题。也要安排一定的力量进行青少年多年系统训练和中小学体育的研究。”据此，科研所将自己主要工作任务确定为：在全面安排的前提下，以研究提高运动技术方面的问题为主，为体育事业的发展，为攀登世界运动技术高峰服务。
具体安排是：在竞技体育方面，开展奥运会重点项目的优秀运动员和后备力量训练研究；在群众体育方面，开展建国后首次大规模的全国青少年儿童体质调研；在应用基础研究方面，重点研究优秀运动员的机能评定，运动训练的生理、生化基础和运动性伤病的防治；积极创造条件开展体育理论和运动心理学方面的研究；在情报信息方面，收集、研究和提供国内外体育科技情报和资料，出版刊物，摄制电影录像；此外，还提出了体育科技人才培养的规划。
在这期间，所领导的任命、党组织的形式、机构的设置以及人员编制都处于不断调整之中：1979年，国家体委任命冯铭为科研所第3任所长；1981年，马彬被任命为科研所第4任所长；1982年，陆绍中被任命为科研所第5任所长。
在机构设置上，1980年5月，科研所的机构有：所领导、办公室、党委办公室、科研处、科研条件处、群众体育研究室、运动训练研究室、球类训练研究室、运动医学研究室、运动生理研究室、情报资料研究室、影片录像摄制室。人员编制从1978年的164人增加到1980年的194人。1981年2月，《国家体委体育科学研究所条例》正式通过，明确规定了科研所的方向、任务、各级职责范围、科研工作程序等，并明确本所是在国家体委领导下，以所党委为核心，实行所长负责制。
根据中共中央关于“要抓紧落实党的知识分子政策”，“恢复技术职称，建立考核制度”的精神，科研所于1979年8月成立了学术委员会；10月，开始评定专业技术职务。1980年，国家体委批准了科研所第一批高级专业技术职务：1名研究员，18名副研究员。同年，科研所开始招收体育情报学和运动医学研究生。
随着科研所工作方向、任务、体制和人员编制的进一步确定，科研所各项工作开始走上正轨，有质量的科研成果开始不断涌现。
1978年，在全国科学大会上，科研所有7项科研成果获奖，分别是：《乒乓球的打法类型与技术分析》、《髌骨张腱附丽区及慢性损伤的初步研究》、《运动员过度训练综合症问题》、《我国运动员身体形态研究》、《恒力距自行车测功器的研制》、《我国优秀马拉松、中长跑、自行车运动员呼吸循环系统机能研究》、《高山缺氧时人体若干生理机能变化的研究及其应用》。
1979年，随着我国成功重返国际奥委会，国家体委对科研所工作做了细致的战略部署，科研所从运动训练理论与技术、运动生理与运动医学、体育情报搜集与分析等多重角度对田径、游泳、体操、足球、篮球、排球、乒乓球、羽毛球等项目进行研究，并将相关科研成果提供给国家队，为1982年的第9届亚运会我国金牌总数第一次超过日本而跃居第一提供了科技支持。
在群众体育方面，由科研所发起并牵头展开了全国第一次统一计划、统一组织的全国青少年、儿童身体形态、机能与素质的调查研究工作。在全国16个省市上千名体育、教育、卫生工作者和科研人员的努力下，圆满完成任务，引起了很大反响。其成果《中国青少年、儿童身体形态、机能、素质的现状、特点及某些规律的研究》获得1982年国家体委科学技术成果一等奖，并获得国家体育运动荣誉奖章，受到联合国儿童基金会的重视。1985年，又荣获国家科技进步二等奖。这次调查获得了我国青少年、儿童生长发育与身体素质方面较全面的基础资料与数据，填补了这一领域的空白，不仅对我国学校体育、卫生保健、体育教学训练、运动员选材以及多年系统训练等方面有重要参考价值，而且也为科研所以后建立国民体质监测系统打下了良好的基础。
1983年，经国务院批转的国家体委《关于进—步开创体育新局面的请示》分析了当时我国体育所处形势，提出“第六个五年计划”后3年的具体目标，强调发展科研、教育事业，大力培养和引进科研人才，健全科研机构；1984年，中共中央、国务院发出《关于进一步发展体育运动的通知》文件中也强调要发展体育科技。
1984年底，在云南昆明召开了第3届全国体育科技工作会议，会议着重讨论了体育科研与运动训练相结合，为提高运动技术水平服务的问题，明确提出了“体育振兴要依靠科学技术进步，体育科学技术必须面向体育运动的发展”的体育科技发展方针，这是“科技兴体”口号比较早的表述。体育科技的主要任务是：在为增强人民体质服务中，重点抓好学校体育的研究；在为提高运动技术水平服务中，重点围绕亚运会、奥运会等重大国际比赛夺取优异成绩开展研究。
在这次会议上，作为经验交流，科研所做了《情况、体会和设想》的发言。发言指出， 1978年以来，科研所的科技工作得到了全面的恢复，科技成果也有了很大进步。如与教育部、卫生部合作的中国青少年儿童身体形态、机能和素质的研究，八导肌电遥测仪和水力按摩机的研制，乒乓球训练的理论与技术分析，体操难新动作分析，优秀运动员的选材等都取得了较好的成果。1982年，在国家体委评选奖励的体育科技成果中，科研所获奖12项，占总奖数的41.3%。
1985年，国家体委开始了体育科技体制的改革。其核心，是改革科研拨款制度，通过拨款制度改革，改变过去科研机构数量多，力量分散，发展不平衡，科研与训练脱节以及学科分布不成体系等局面。1986年，国家体委改变了直接下拨体育科研经费的办法，逐步实行了科研经费的分级、分类管理。1985年7月28日，国家体委下发了《体育科学技术进步奖励条例》和《体育科学技术进步奖的奖励范围和评审标准实施细则(试行)》，1987年2月25日又公布了《体育科学技术研究成果管理条例》和《体育科学技术研究课题管理条例》等一系列有关体育科研管理的文件。1989年，国家体委在山东泰安市召开了第4届全国体育科技工作会议。会议以加强科研与训练结合为主题，总结交流了1984年全国体育科技工作会议几年来的经验，并研究讨论了《1991年-2000年体育科技发展规划》（征求意见稿）。
根据以上精神，科研所本着积极而谨慎的态度进行了一些改革：1984年7月，按照国家科委《关于当前整顿自然科学研究机构的若干意见》中改革科研机构领导体制的精神，要求党政分工，加强院、所长的责任和权利，科研所实行所长负责制；1985年7月，为适应科研领导体制改革，加强业务、行政工作统一指挥，科研所设立所长办公室、人事处、行政处、机关党委办公室及体育科研仪器研究室，撤消原所办公室、党委办公室、科研条件处。1987年，增设中心实验室和体育理论研究室。在人员编制上，根据国家加强编制管理和明确各类人员职责，建立岗位责任制的精神，1987年7月，国家体委正式确认，科研所事业编制为238人。
20世纪80年代中期,信息技术在全球范围引起广泛的重视,体育界也开始对体育信息情报工作给予了高度期望。科研所在几十年的科研实践中，始终重视情报资料的编译、研究与传播，并结合竞技体育科研攻关与科技服务，为国家队提供了许多珍贵的体育科技资料；为国家体委80年代的改革和战略研究提供了许多国外体育管理的经验。同时，也就体育情报学本身的发展进行了开创性的研究，如《体育情报与体育科学》、《试论当前我国体育情报工作的重点》等。此外，由国家体委科教司组织,科研所和北京体育学院合作完成了教材《体育情报工作理论与实践》的编写工作。中国体育科学学会情报学分会成立后, 组织了以科研所和相关科研单位情报科研人员为骨干讲师的培训班，陆续举办了声像技术、声像高级编辑、情报管理干部培训班和情报理论研讨会，为各省市体育科研所培养了大量专业人才，为体育情报学科发展奠定了基础。
为了进一步扩大体育情报工作的辐射面，便于国家体委直接管理，经过6年筹备，1987年7月6日，以科研所原有的情报资料研究室和影片录像摄制室人员为骨干成立国家体委体育情报研究所，承担科研所原有的体育科技情报工作，任命原科研所副所长王汝英为情报所代所长，科研所不再设立情报（包括声像）研究室。
1985年11月，为了承担在北京举行的第11届亚运会的兴奋剂检测任务，国家体委决定筹建中国自己的兴奋剂检测中心，并由时任科研所副所长杨天乐负责牵头筹备。筹备过程中，科研所给予了人、财、物等各方面的大力支持。1987年7月24日，国家科委正式批准成立国家体委运动医学研究所，对外称中国兴奋剂检测中心。
根据1986年中共中央、国务院《关于实行专业技术职务聘任制度的规定》，科研所经过大量、细致的准备，于1987年9月出台了《国家体委科研所关于试行专业技术职务聘任制的实施办法》，并于1988年完成了全所科技人员的职称聘任工作。到1990年底，科研所有研究员17人，副研究员37人，助理研究员64人，研究实习员47人。
从1978年至1990年，伴随着国家科技体制改革的逐步推进和体育界在竞技体育、群众体育、体制改革以及法制建设等方面工作的稳步开展，科研所在竞技体育科研攻关与科技服务、群众体育、体育发展战略以及体育专项学科建设等方面都取得了喜人的成果。
这10余年，是科研所为我国竞技体育冲出亚洲、走向世界提供科技支持成效显著的时期。科研所为田径、游泳、体操、举重、射击、技巧、赛艇、跳水、自行车、乒乓球、排球、羽毛球、网球、手球、柔道、摔跤和帆板等项目提供了科研攻关与科技服务。每年，科研所约有50至70名科技人员在运动队进行直接的科研攻关与科技服务，受到了广大教练员和运动员的欢迎。尤其是20世纪80年代后期，科研所承担的课题中直接为提高运动技术服务的应用研究课题占极大的比例，与运动队结合紧密的服务性课题比重逐年递增。在为第10、11届亚运会，第23、24届奥运会的科研攻关与科技服务中，成效显著。科研所科技人员长期深入运动队，在训练安排、技术诊断、机能评定、医务监督、伤病治疗、心理训练等方面进行了大量的科研攻关与科技服务工作，对上述项目竞技水平的提高起到了积极作用。
1982年，科研所研究人员为备战亚运会，提高游泳运动员接力衔接技术，研制了YZ-B游泳出发接力监控仪，国家队队员使用该仪器训练后，接力衔接技术迅速提高,衔接时间大大缩短。为我国游泳运动员在1982年第9届亚运会上取得优异成绩起到了积极作用。另外，训练和医学研究人员下队与教练员组成短跑攻关组，科研效果显著：我国优秀短跑运动员在1986年第10届亚运会和1987年第2届世界田径锦标赛上3次破4×100米接力亚洲纪录。科研所仪器研制人员成功研制的跳水气泡发生器，被国家跳水队采用，有效防止了运动损伤的发生，有助于运动员判断离水面的距离，提高了训练质量。1984年，为迎接在洛杉矶举行的第23届奥运会，科研所科研人员将美国、日本等女排主要进攻手的技、战术变化进行录像分析和编辑，这些资料为中国女排分析对手的主要进攻手技、战术特点并进行针对性训练和模拟训练等起到了积极作用，在这届奥运会上，中国女排实现了“三连冠”。
在科研攻关与科技服务中，科研所积极采取联合攻关的方式集团作战。例如，为备战1990年第11届亚运会的马拉松、中长跑、竞走项目的比赛，运动医学、运动生理和中心实验室的科技人员共同承担了对运动员心血管功能、神经功能和有氧代谢能力的综合评定以及日常医务监督工作，为配合运动训练，科学安排运动量发挥了重要作用。
在这些科研攻关与科技服务中，科研所还围绕运动训练中急需解决的带有方向性、综合性的关键问题，组织科技力量，围绕运动员科学选材，运动训练科学化，运动员机能、技术、心理诊断、疲劳与恢复、高原训练、力量训练、体育仪器器材系列化等重点科技项目进行了研究。
20世纪80年代初，由于“十年浩劫”的严重破坏，我国竞技体育后备人才极为匮乏，严重影响了我国竞技体育的持续性发展。为此，在科研所参与制定的《全国体育科学技术长远发展规划》（草案）所列的“全国体育科技重点项目和主要课题表”中，就把“科学选拔运动员的研究”列为重点课题，要求根据各项目特点科学选拔运动员。在国家体委组织领导下，国家体委科研所与上海体育科研所、广东体育科研所等8个单位239人共同完成了运动员科学选材工作，承担《优秀青少年运动员选材研究》课题，对优秀运动员及青少年运动员的身体形态、机能、素质、心理、遗传等指标进行了测试，为建立全国统一的选材标准奠定了基础。科研所承担此项工作的不同学科、不同项目科研人员经过多年努力，完成了田径、体操、排球等项目优秀运动员选材的研究。研究组在大量数据基础上，又制定出15个重点运动项目中级选材全国统一标准及数据库软件，在全国20多个省市体委举办了软件运用培训班，大大推动了全国科学选材工作的开展。
1987年，在国家体委科教司组织下，科研所与训练局、北京医科大学、运动医学研究所以及上海、湖南、云南、河南、山西等体育科学研究所56名专家对“我国优秀运动员的机能评定”进行研究，包括如何制定机能评定制度和机能评定新标准、新方法等，总结了机能评定的方法、手段，提出了机能评定的常规或常用的20个指标、标准和注意事项，系统介绍了25个运动项目运动员机能评定的特点和各指标的具体运用，在此基础上，编著了国家体委体育科技专辑《优秀运动员机能评定手册》。
另外，科研所还利用情报资料研究的优势，在建所以来的30年中,根据不同时期我国体育的工作重点和科研所科研侧重项目与学科,撰写了数百篇文章,报道了近5,000万字的资料,拍摄和收集了体育教学与运动技术影片400余部,录像资料3,000多小时,向全国推广发行技术影片100多部,录像资料8,000多小时。1982年第6届世界杯体操比赛前夕，科研所科技人员及时发现了国外运动员将托马斯全旋技术运用到自由体操中的新信息，并迅速将这一信息介绍给国家体操队，李宁很快掌握了这项技术，并在比赛中成功运用了这一技术。此外，科研所科技情报人员还根据20世纪80年代我国体育改革的需要，大量翻译编辑了国内外体育体制的文献资料，就我国体育未来发展提出了战略性见解，为国家体委在这一阶段出台的一系列政策措施提供了参考依据，如《体育现代化研究》、《各国体育科研体制的比较研究》、《对几个国家奥运会战略及其措施的研究》等。30年珍贵资料的积累也为体育情报所建所打下了良好的基础。
在体质研究方面，1984年至1986年,科研所科研人员与体育、教育系统的11位专家一道，经过两年多的时间，完成了《中国学生体质综合评价方法及标准》的研究，该研究对中国学生体质各项指标科学地筛选和论证，对各指标在评价总体中的权重进行了统计分析，对评定方法进行了反复实验，通过对1985年全国47万大、中、小学校学生的测试数据，研制出男、女各年龄组各指标的评分标准及计算标准分的方法、综合评定分和评级标准。对中国学生体质评价方法提供了较为实用、科学的工具。此外，在80年代，科研所还完成了《中日合作青少年体质研究》，《〈国家体育锻炼标准〉的试行与研究》， 《运动训练对青少年最大吸氧量的影响》，《第七套儿童、第五套少年广播（韵律）体操的创编》，《关于我国高中级知识分子的健康与体育锻炼状况”等研究》，其中一些研究成果取得了良好的社会影响。
在实验室建设方面，科研所根据各研究中心的工作需要，在经费困难的情况下仍努力筹措资金购置了一批实验设备。“六?五”期间，采购了影片解析装置、高速摄影机、超声心动仪、肌力测定装置、计算机控制测力系统、超薄切片机等；“七?五”期间，购置了X光设备、光谱分析设备、活动跑道、磁记录及处理系统、高速录像及分析系统、动物房及附属设备、心电监护仪、微气候实验室等。1987年，为了充分发挥实验仪器使用效率，更好地为优秀运动员进行生理机能评定，同时为有关科研课题组提供测试服务，科研所成立了各研究中心共同涉及较多的以生理实验为主的中心实验室，采购了一些急需的实验仪器，如红外光点摄影系统、超声心脏诊断仪、高速动态分析仪等设备。在第24届奥运会和第11届亚运会期间，中心实验室先后为自行车、田径、体操、举重、游泳、柔道、乒乓球等项目的运动员做了大量综合和单项的机能测试和诊断。
科研所还积极创办科技期刊，为繁荣体育学术，加强学术交流搭建平台。 1959年，科研所开始编辑并面向广大教练员、运动员和体育科研人员发行了《体育科学技术参考资料》， 1981年，更名为《中国体育科技》，1988年正式公开发行。同年，出版了《国家体委科研所学报》；并与国家体委政策研究室合作编辑出版《体育论坛》(试刊)。《体育论坛》紧密结合当时体育发展动态，坚持“百花齐放、百家争鸣”的方针，围绕体育工作每个时期的重点，及时开展学术研究。对体育理论中的重大课题，进行争鸣探讨，为体育战略、政策和理论研究提供重要交流平台。1989年11月，根据中共中央办公厅、国务院办公厅《关于压缩整顿报刊和出版社的通知》精神，将《体育论坛》与《体育科学》合并。而《体育论坛》在出版的短短一年多的时间里对我国体育学术界的影响极其深远。此外，科研所还编辑出版了《国外体育动态》，体育情报所成立后，该杂志继续在情报所编辑出版。
1980年，中国体育科学学会成立，科研所积极参与了中国体育科学学会的筹建，并在体质研究、运动训练、运动医学、运动生物力学、体育情报学、体育仪器器材研究等二级分会的筹建上重点参与，在组织机构建设和学科骨干培养方面投入了精兵强将。受中国体育科学学会委托，其二级分会体质研究会、运动医学学会、运动生物力学学会、体育仪器器材研究会和《中国运动医学杂志》编辑部挂靠在科研所。
科研所在20世纪80年代先后进行了两次全所范围的职称评审和专业技术职务评聘工作，并制订衡量科技人员的标准，大胆提拔和表彰了一批确有成绩、有贡献者，使科研所逐步形成为一支有较强战斗能力的体育科技队伍。为了保证科研所体育科技人才的培养，从 1980年起，科研所开始承担研究生培养任务，经国务院授权，科研所具有了运动医学、运动生理、运动生物力学和运动训练学（乒乓球）4门学科的硕士学位授予权，平均每年培养6名研究生，1989-1991年，由于经费困难，一度停止招生。
在对外交流方面，改革开放初期,为了弥补体育科研工作长期停顿造成的与国际水平间的巨大差距，1978年11月23日,国家体委派出了由运动医学、运动生理学、运动生物力学、运动训练学等学科的研究人员组成的体育科学考察团赴德意志联邦共和国进行考察访问,这是科研所改革开放后的首次出访。此后，科研所先后派出17名科研人员分别到联邦德国、美国、瑞士、苏联等国家进修学习。与联邦德国体育科学研究所、德国弗莱堡大学、澳大利亚体育科研与训练中心、苏联中央体育科学研究所、列宁格勒体育科学研究所以及波兰体育科学研究所等签订了所际合作协议。此外，与日本体育科学研究所、香港中文大学体育系、香港体育学院的联系也较为密切。
1988年9月18日，国家体委副主任张彩珍在科研所建所30周年庆祝会上指出，“科研所担负着特殊的重任，不仅要为国家运动技术的提高进行多学科的科学研究和科技服务，而且在体育学科建设与应用基础研究方面做出了巨大努力。同时，为国家体育决策和增强体质方面进行科学研究和情报咨询，出色地完成了任务”。为了表彰科研所全体工作人员付出的辛勤汗水和取得的突出成就,国家体委向科研所颁发了“国家体育运动荣誉奖章”。从1978年至1990年，科研所科技人员共获得全国科学大会奖、国家科技进步奖、国家科委国防科委发明奖和国家体委科技进步奖等国家级和部委级奖项107项（其中参与完成获奖课题6项）。总之，十一届三中全会之后的10余年，是科研所迅速恢复，稳步发展的10余年，一个以服务运动实践为特色的、学科齐全、综合实力较强的现代化体育科学研究所基本形成。
