地球形狀與引力場研究是大地測量學和地球物理學的重要領域。30年代末至40年代初, 國際上剛開始注意這方面的研究與實踐。方俊先生在德國進修期間, 敏銳地注意到地球重力學這一有發展前途的研究方向。回國後, 在條件十分困難的情況下, 利用僅有的少量數據開展研究工作, 先後發表了《我國的地殼均衡問題》、《重力異常與垂線偏差》及《中國的正常重力公式》等論文，受到國際地球物理學界的高度評價，對中國的重力測量做出了巨大貢獻。
建國後, 方俊先生在中國科學院地理研究所主持大地測量室。他首先著手建立我國的重力基本網和一等網, 引進先進的四擺儀, 組織全國的重力測量。布設測量了全國基本點和一等點103處, 基本點聯測精度很高。使全國大部分地區每500km就有一個基本點, 為我國測繪、石油、地質和海洋等部門進行重力測量和勘探工作打下基礎。50年代末期, 方俊先生主持全國天文重力水準網的布設工作, 提出沿全國一等三角鎖布設高精度與低精度兩種精度的天文重力水準路線方案，發表了以平均重力異常為基礎的方格模板計算方法的論文《天文重力水準計算的方格模板》, 很快引起國際上的重視。
他提出的以平均重力異常為基礎的方格模板計算方法, 糾正了前蘇聯莫洛金斯基模板計算困難和布點不均勻的缺點，前蘇聯和東歐各國稱之為《方俊方格模板法》,並被引入各國教科書中。70年代末, 他發表的《顧及扁率一次項的地球表面形狀問題》一文, 大大豐富了地球重力學的理論。方俊先生70餘萬言的《重力測量與地球形狀學》上、下兩冊是我國重力學的系統論著 。