華羅庚是第一、二、三、四、五、六屆全國人民代表大會常務委員會委員。1952年9月加入中國民主同盟，是民盟第二、三屆中央常委，第四、五屆民盟中央副主席。
新中國一成立，報效祖國的赤子之心使他毫不猶豫的選擇回國，在歸國途中，華羅庚寫了《致中國全體留美學生的公開信》，真情的呼喚：「為了抉擇真理，我們應當回去；為了國家民族，我們應當回去；為了為人民服務，我們應當回去；就是為了個人出路，也應當早日回去，建立我們工作的基礎，投身我國數學科學研究事業。為我們偉大祖國的建設和發展而奮鬥。」華羅庚作為一個組織者做了大量動員工作，促成了一批海外學者回國。
華羅庚在數學理論研究方面是世界一流的科學家，在應用數學方面也取得了世界矚目的成就。在繼續科學研究的同時，華羅庚還嘗試將理論和實踐相結合，以科研服務於實踐。經過一段時間的努力，華羅庚發現數學中的統籌法和優選法能夠比較普遍的應用於工農業等生產實踐。
華羅庚教授（左一）在全國推廣「雙法」
從1960年開始，歷時20多年，華羅庚在工農業等生產實踐中推廣統籌法和優選法，並用深入淺出的語言編寫了《統籌方法平話及補充》《優選法平話及其補充》，使一般工程技術人員，甚至是工人都能讀懂。為推廣「雙法」，華羅庚拖著病殘之軀，足跡遍及20餘個省、自治區、直轄市，到工廠、礦山、油田、農村等進行演講，指導他們將「雙法」用於生產，取得諸多成果，產生了重大效益，在國內外引起重大反響。
華羅庚曾以泡茶作比喻解釋統籌法，泡茶要燒水、洗茶杯、泡茶，如果按照順序做下來比較耗時。所以，你先燒水，然後洗茶杯，然後泡茶，這樣比較節省時間。1964年，華羅庚曾給毛澤東寫信，匯報他在西南三線搞統籌法試點工作情況，毛澤東回信說：「華羅庚同志：你現在奮發有為，不為個人而為人民服務，十分歡迎。」
華羅庚為在全國各地推廣「雙法」，不顧家庭和個人身體健康。華羅庚的夫人多次抱怨他不注意自己的身體，不顧家庭狀況，兩手一抱拳，說聲「拜託、拜託」，便到外地工作數月。1975年，華羅庚在哈爾濱推廣「雙法」時突發心肌梗塞，但他並未停止，仍繼續奔波從事推廣事業。那時候，華羅庚每次出門，必帶氧氣袋，身體感覺不適，就吸吸氧氣。
從20世紀70年代中期開始，華羅庚指導學生從事以解決實際問題為目標的研究。如工業產品（如電力變壓器）優化設計、軍用飛機部件優化設計、兩淮煤礦管理決策、大慶油田地面工程優化改造、準格爾露天煤礦煤電運輸優化設計等等，取得了重大經濟效益和社會效益，開闢了應用數學的新方向。
在生命的最後時光裡，華羅庚幾乎把全部精力投入到推廣應用數學方法的工作中，為祖國建設儘自己的力量，鞠躬盡瘁死而後已。
1985年，華羅庚應邀到日本東京大學作題為「在中國普及數學方法的若干個人體會」的演講，先用中文，後改為英文演講，日本學者被其精彩演講深深吸引，原定45分鐘的報告在經久不息的掌聲中被延長到一個多小時。當他滿頭大汗結束演講時，突發心臟病不幸逝世。他用行動踐行了自己的諾言：「最大的希望就是工作到生命的最後一刻。」
早在1980年，華羅庚即立有遺囑，其主要內容有：（1）死後喪事從簡，骨灰撒到家鄉金壇縣的洮湖中；（2）我國底子薄、基礎差，要提倡多幹實事、有益的事，少說空話、大話；（3）發展數學，花錢不多，收益很大，應該多加扶持；（4）死後，所收藏的圖書及期刊贈送給數學所圖書館。從遺囑中也可看出華羅庚的愛國情懷和對數學的熱愛，並希望後人能夠繼承下去，把中國的數學事業搞好，把祖國建設得更好。
「為我們偉大祖國的建設和發展而奮鬥。」這就是華羅庚對祖國一生的諾言和踐行。正如20世紀80年代初美國《科學》上的一篇文章所說：「他，就是華羅庚，形成了中國的數學。他與祖國共患難，同甘苦，贏得了廣大中國人民的崇敬」。