1955年1月13日，地质部致函中国科学院将古生物研究所建制归还中国科学院。 

　　1955年6月，斯行健当选为中国科学院学部委员。 

　　1955年12月，经中国科学院常务会议批准，中国科学院古生物研究所第一届学术委员会成立，所内外12位古植物学、古无脊椎动物学家受聘为委员，主任斯行健。 

　　1955年10月，以吉尔皮契尼夫为团长的苏联古生物学家代表团访问古生物研究所。 

　　1956年9-11月，斯行健、赵金科参加中国古生物学家代表团访问苏联三个月。 

　　1956年12月，在孢粉分析室被地质部借用期间，按学科发展需要设立五个研究组，即1组（古植物组）、2组（苔藓虫、笔石、珊瑚）、3组（腕足类、蜓类）、4组（头足类、瓣鳃类、腹足类）、5组（三叶虫、叶肢介）。 

　　1956年，由中国科学院地质研究所、兰州地质研究所、古生物研究所和北京地质学院等为主体的祁连山队对祁连山的地层、古生物等进行全面调查。 

　　1956年，王钰、卢衍豪、杨敬之、穆恩之、盛金章合著的论文“辽东太子河流域地层”和刘鸿允著《中国古地理图》分别获得国家自然科学奖三等奖。 

　　1956年，古生物研究所招收第一批硕士研究生：周志炎、吴望始、方大卫。 

　　1957年4月4日-8日，古生物研究所举行学术委员会正式成立大会，斯行健在大会上作“中科院古生物所的基本情况和今后的方针任务”的工作报告。 

　　1958年4月15日，原邮电部发行了一套名为“中国古生物”的邮票，这是古生物题材第一次登上中国邮票。 

　　1958年8月，创办了《中国科学院古生物研究所集刊》。 

　　1958年10月7日，中苏合作122项科技项目之一的“中国腹足类、瓣鳃类化石及微体古生物与孢子花粉的研究”计划协议在北京签定。 

　　1959年4月1日，中国科学院古生物研究所改名为中国科学院地质古生物研究所。 

　　1959年9月26日，在黑龙江省发现大庆油田，顾知微等为该地区的地层工作做了大量工作，为油田的发现起到很大作用。 

　　1959年10月28日—11月21日，第一届全国地层会议在北京举行，古生物研究所负责为大会提供中国古生代、中生代共十个系的地层总结，编制地层对比表及说明书，会议极大地推动了我国地层古生物科学的发展，影响深远。 

　　1960年1月，在此基础上设6个研究室，即古植物学研究室、孢粉分析研究室、古无脊椎动物研究室、微体古生物研究室、石油地质研究室、沉积矿产研究室。 

　　1960年10月，应中国古生物学会要求，《古生物学报》挂靠古生物研究所。杨钟健任编委会主任，王钰任学报主编。 

　　1961年9月，撤销石油地质研究室、沉积矿产研究室。 

　　1961年12月，再次调整，设立一室（孢粉室），二室（古植物室），三室（以早古生代地层和三叶虫、笔石、头足类等研究为主），四室（以晚古生代地层和蜒类、珊瑚、腕足动物、苔藓虫、层孔虫研究为主），五室（以中生代地层和瓣鳃类、介形类等为主），六室（沉积岩研究室）。 

　　1962年，由第一届全国地层委员会组织编写的《全国地层会议学术报告汇编》各断代总结报告12册、总论1册陆续出版（1962—1963）。这是我国断代地层的首次系统性总结，是一套有重要意义和参考价值的文献，多年来被广为引用。 

　　1962年，根据第一届全国地层会议决定，按照一级地层分区组织编写一套“中国区域标准化石手册”。1962年《扬子区标准化石手册》率先出版，随后又完成并出版了西北区、华南区、南岭地区和秦岭地区的标准化石手册。 

　　1962年，中国科学院地质古生物研究所、植物研究所合作编著的“中国各门类化石”丛书，共15种17册先后出版。 

　　1962年，顾知微首先提出“热河生物群”的概念，以狼鳍鱼、三尾类蜉蝣和东方叶肢介三类常见化石组合为特征。 

　　1963年10月，经国家科委批准，全国地层委员会决定从1966年起创办《地层学杂志》（季刊）。赵金科任主编，编辑部挂靠该所。 

　　1964年12月22日，卢衍豪、顾知微当选为第三届全国人大代表。 

　　1965年底，古生物所与云南冶金地质勘探公司、云南地质局联合成立云南中生代红层研究队。该所27人先后四次赴野外调查，测制43条地层剖面，采集了12个门类化石标本。《云南中生代红层划分对比简介》被地质部列为地质工作的重大进展之一。 

　　1966年3月24日《地层学杂志》创刊。出版2期后因“文化大革命”而被迫停刊，直至1978年复刊。