1921年10月侯德榜回国后，出任范旭东创办的永利碱业公司的技师长（即总工程师）。他深刻地体会到创业之艰难。要创业首先需要实干的精神。他脱下了白领西服，换上了蓝布工作服和胶鞋，身先士卒，同工人们一起操作。哪里出现问题，他就出现在哪里，经常干得浑身汗臭，衣服中散发出酸味、氨味。他这种埋头苦干的作风赢得了工人们、甚至外国技师的赞赏和钦佩。
掌握索尔维制碱法的公司为了独享制碱技术成果，他们采取了严密的保密措施，使外人对此新技术一无所知。一些技术专家想探索此项技术秘密，大都以失败告终。不料这一秘密竟被一个中国人运用智慧摸索出来了，这个人就是侯德榜。
虽然看起来索尔维制碱法的原理很简单，但是具体的生产工艺却为外国公司所垄断，因此侯德榜要掌握此法制碱，得完全靠自己进行摸索。且不说工艺设计、材料选择、设备的挑选和安装等经过的一个又一个难关，仅从试生产的过程就可略见一斑。例如干燥锅结疤了，浑圆的铁锅在高温下停止了转动，时间长了后果是很严重的。技师们都急得团团转，这时候侯德榜果敢地拿起玉米棒子粗的大铁杆往下捅，累得他双眼直冒金星，汗水湿透了工装。不久他觉得单靠力气难于解决这一技术问题，经过大家商量，他们采用加干碱的办法，终于使锅底上的碱疤脱水掉下来，总算克服了困难。
此后，侯德榜又从调换碳酸化塔的水管，另行设计分解炉，到多次加强冷却设备，改造过滤机以及处理不断发生的生产故障，他都以探索者的勇气、生产者的细心和科学家的严谨来对待。经过紧张而又辛苦的几个寒暑的奋战，侯德榜终于掌握了索尔维制碱法的各项技术要领。1924年8月13日，永利碱厂正式投产。正当大家兴高采烈地等待雪白的纯碱从烘烧干燥炉中出来时，出现在眼前的却是暗红色的纯碱。怎么回事？这无形给大家泼了一盆冰水。作为总工程师的侯德榜冷静地去寻找事故的原因，经过分析他很快就发现纯碱变成暗红色是由于铁锈污染所致。随后他们以少量硫化钠和铁塔接触，致使铁塔内表面结成一层硫化铁保护膜，再生产时纯碱变成纯白色了。日产180吨纯碱的永利碱厂终于矗立在中国大地上。1926年，永利碱厂生产的红三角牌纯碱在美国费城举办的万国博览会上荣获了金质奖章。这一袋袋的纯碱是中华民族的骄傲，它象征着中国人民的志气和智慧。
摸索到苏尔维制碱法的奥秘，本可以高价出售其专利而大发其财，但是和范旭东一样，侯德榜主张把这一奥秘公布于众，让世界各国人民共享这一科技成果。他把制碱法的全部技术和自己的实践经验写成专著《制碱》，于1932年在美国以英文出版，从此揭开了苏尔维制碱法的神秘面纱。 1937年日本帝国主义发动了侵华战争，他们看中了南京的硫酸铵厂，为此想收买侯德榜，但是遭到侯德榜的严正拒绝。为了不使工厂遭受破坏，他决定把工厂迁到四川，新建一个永利川西化工厂。制碱的主要原料是食盆，也就是氯化钠，而四川的盐都是井盐，要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于它浓度稀，还要经过浓缩才能成为原料，这样制食盐的成本就高了。另外，苏尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高，也就是说将有30%的食盐会被白白地浪费掉，侯德榜决定不用苏尔维制碱法，而另辟新路。
为了探索新的制碱方法，他首先分析了苏尔维制碱法的缺点，发现主要在于原料中各有一半的成分没有利用上，只用了食盐中的钠和石灰中的碳酸根，二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成的氯化钙，却都没有利用上。那么怎样才能使另一半成分变废为宝呢？他设计了好多方案，但是—一都被推翻了。后来他想到，能否把苏尔维制碱法和合成氨法结合起来。这样氯化铵既可作为化工原料，又可以作为化肥，还可以大大提高食盐的利用率，同时又省去许多设备，如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。
设想有了，能否成功还要靠实践。于是他又带领技术人员，做起了实验。l次、2次、10次、100次……一直进行了500多次试验，分析了2000多个样品，才把试验搞成功，使设想成为了现实。此法是氨碱法的重大改革，利用合成氨系统排出的二氧化碳，可以省去庞大、耗能的石灰窑，也可以取消氨碱法中所用的蒸馏设备，同时获得两种工农业需要的产品——纯碱和氯化铵。这个制碱新方法被命名为“联合制碱法”，它使盐的利用率从原来的70%一下子提高到96%。此外，污染环境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥——氯化铵，还可以减少1/3设备，所以它的优越性大大超过了苏尔维制碱法，从而开创了世界制碱工业的新纪元。1943年，中国化学工程师学会一致同意将这一新的联合制碱法命名为“侯氏联合制碱法”，又称侯氏制碱法，循环制碱法或双产品法。 众所周知，三酸二碱是化学工业的基本原料，仅能生产纯碱显然是不行的。侯德榜开始设计一个可以同时生产氨、硫酸、硝酸和硫酸铵的硫酸铵厂。建造硫酸铵厂与当年永利碱厂的开创不一样，不存在技术保密的问题，所面临的关键问题是怎么引进国外技术和选购设备，争取投资少而见效快。为此侯德榜对整个计划作了周密的调查研究。铵厂的设计，应该自成系统，完整合理，引进技术要完全立足于国情，而不是照搬外国的成套设备。在采购设备中，侯德榜精打细算。凡是国内能够保证质量的，就自己动手在国内解决。进口外国设备时，他巧妙地利用了各国厂商之间的竞争，选择适用又价廉的设备，对若干关键设备，更是力主择优。在与外商谈判和选购设备时，侯德榜相当机智，如制硫酸的全套设备是从美国买的，在买下这套设备的同时，侯德榜顺便索要了硫酸铵的生产工艺图纸。掉过头来，他又从另一家工厂以废钢铁的价格买下一套硫酸铵生产设备（时至今日还在运转）。这种精明能干连美国的许多经理都佩服。
硫酸铵厂的设备来自英、美、德、瑞士等国的许多厂家，还有些是本国造的，最后竟能全部成龙配套，很是不容易的。它充分显示了侯德榜的学识才干和细心经营，正如他自己说的：“要当一员称职的化学工程师，至少对机电、建筑要内行。”这也是他的座右铭，他在给友人的一封信中曾写道：这些事，“无一不令人烦闷，设非隐忍顺应，将一切办好，万一功亏一篑，使国人从此不敢再谈化学工程，则吾等成为中国之罪人。吾人今日只有前进，赴汤蹈火，亦所弗顾，其实目前一切困难，在事前早已见及，故向来未抱丝毫乐观，只知责任所在，拼命为之而已。”这就是侯德榜事业心的生动写照。
1957年，为发展中国的小化肥工业，侯德榜倡议用碳化法制取碳酸氢铵，他亲自带队到上海化工研究院，与技术人员一道，使碳化法氮肥生产新流程获得成功，侯德榜是首席发明人。当时的这种小氮肥厂，对我国农业生产曾做出不可磨灭的贡献。
侯德榜一生在化工技术上有三大贡献：第一，揭开了索尔维法的秘密；第二，创立了中国人自己的制碱工艺——侯氏制碱法；第三，便是他为发展小化肥工业所做出的贡献。
