从1983年初，按照国务院的部署，计划用两年时间编制中国科学院1986—2000年的十五年发展规划。1983年1月，在科学院工作会议的报告中，卢嘉锡提出了编制规划的一些原则。3月，组建了规划工作班子。“五一”节，他又主持召开了3天的规划专题组组长会议，进一步研究部署工作。长远规划工作由此全面展开。卢嘉锡用他那支智慧之笔，为祖国的科学事业描绘着无比绚丽的明天。
1984年1月，第五次学部委员大会在北京召开。根据中央决定，学部大会的性质和职能由上次大会确定的最高决策机构，改为评议咨询机构，科学院实行院长负责制。在这次大会上，卢嘉锡被推选为中国科学院主席团五位执行主席之一。会后，中央批准科学院领导班子调整名单，卢嘉锡继续担任院长，党组书记改由副院长严东生担任。作为一院之长的卢嘉锡，在他的第二年任期内，开始全面执行各项改革措施。
1985年3月13日，中共中央发布了关于技术体制改革的决定，科学院专门召开北京地区科技干部会，传达贯彻决定精神。科学院改革的探索也随之全面展开。
1985年4月，经年初工作会议讨论修改的七个有关改革的文件，最后经院长办公会议通过发出。这些文件有：《中国科学院院部的主要任务》、《关于中国科学院分院的主要任务和职责的暂行规定》等七个文件，有力地推动了科技改革。
卢嘉锡担任了两任共五年半的院长。基本上是在第六个五年计划期间度过的。“六五”是我国实行改革、开放，各方面工作发生重大转折的历史时期。这一时期中科院坚持改革，努力进取，全院面貌发生了很大变化。
5年来，中科院各单位面向经济建设，积极主动地争取中央、地方和企业的科研任务，按照当前与长远相结合，任务与学科相结合的原则，发挥优势，形成特色，在科研工作布局上努力适应社会主义现代化建设的需要；并且坚持贯彻开放方针，进一步同产业部门、企业和社会各方面建立起多层次、多类型的广泛联系，并面向世界，扩大同国际科学界的联系与合作。到1985年，科学院已同12个省市自治区、国务院有关部门和开放城市签订了长期科学技术合作协议；同世界50个国家和地区建立了科技交流，签订了43个科技协议和备忘录。5年来，中科院还加强了科技队伍建设，进一步发挥出中青年科技人员的作用。卢嘉锡在1986年全院工作会议的报告中，对“六五”期间的工作做了小结。指出科学院工作上取得的成绩和进展，是在中央领导下，各级领导干部和全院职工共同努力下取得的。
1987年1月21日，71岁高龄的卢嘉锡，经六届人大常委会第十九次会议通过，免去院长职务。同时卸任的还有严东生等。卢嘉锡不再担任院长之后，依然保留中国科学院学部大会主席团的执行主席职务。1月24日，又被聘请为中国科学院特邀顾问。
卸任时，卢嘉锡收到了厦门的一位老朋友的来信。写信的是卢嘉锡大学时代相识，相交了60多年的好友林鹤龄。他在信中引用了一个典故，对卢嘉锡卸任表示由衷的祝贺。他认为卢嘉锡卸任后，可以获得较充足的时间从事学术研究，这对一位才能卓越的科学家来说，实在是一件可喜可贺的事。
卢嘉锡读着这封不是在上任时，而是在卸任时的“贺信”，心潮起伏，久久不能平静。透过信笺上熟悉的字迹，故乡的青山绿水，日光岩上的蓝天白云，又一次无遮无拦地扑入他的眼帘，那碧草的清香，那野花的芬芳，那沁人心脾的海风，那千万年不变，缠卷飞扬的大海波涛，呼唤着他，吸引着他。一瞬间，满头银发的卢嘉锡似乎又回到了过去的日子。可惜时光不能倒流，过去的岁月永远过去了！
卢嘉锡从遐想中回到现实，他平静地坐在桌前，提笔为好友回信。在信中，他借用了诸葛亮《出师表》中的一句话：“臣本布衣，躬耕南阳。”流露出他想回亲手创建起来的物构所工作的愿望。
在卢嘉锡和他的朋友们看来，如果他真能一无牵挂地回到普通学者的位置上去，那对他的科学研究无疑是十分有益的。不过，卢嘉锡此时还肩负着第三世界科学院的工作，正忙着筹备在北京举行的该院第三次大会，一时之间，难以脱身。
1985年时，卢嘉锡当选为第三世界科学院院士和理事会理事。从那时起，他就和第三世界科学院，以及第三世界的科技发展事业结下了不解之缘。
第三世界科学院的创始人是巴基斯坦籍的萨拉姆教授。1986年7月，在卢嘉锡的不懈努力下，中国科技界加入了第三世界科学院，扩大了中国在第三世界科学院以及整个第三世界的影响，树立了中国科学界对外合作的良好形象。
1986年9月23日，萨拉姆教授拜会邓小平同志时，一开头就说：
“我要向您，向中国科学院卢院长表示感谢，感谢邀请我来华访问，感谢您接见我。”
经过一系列紧张而有成效的准备工作，第三世界科学院第二次大会终于在北京召开。1987年9月14日，150多名来自50多个第三世界和部分发达国家及地区的科学院院长、政府科技官员、世界著名科学家和一些国际组织的代表，云集美丽的北京城，参加第三世界国家科学界的这次盛会。
我国国家主席、国务院总理以及国务委员等不少国家领导人参加了大会开幕式，会场气氛十分热烈。各国代表都对中国政府如此重视科学发展，重视国际间的交流与合作感到钦佩和振奋。
开幕式的当天晚上，在人民大会堂举行了盛大的招待会。卢嘉锡致祝酒词，他说：“今天，许多第三世界科学界的新老朋友、许多发达国家的朋友来到这里，真是人才济济，群英荟萃。”
这么多科学精英在一起讨论科学发展与合作问题，交流经验，互相学习，不仅可以促进发展中国家的科学进步，而且也将对南北合作给以新的推动，因而这是一次非常重要的会议。
第三世界科学院第二次大会获得了圆满成功，大大提高和加强了我国在国际上尤其是在第三世界科技界的地位。卢嘉锡在中国科学院与第三世界科学院间的出色的桥梁作用，以及在这次大会上表现出来的卓越的组织才能，使萨拉姆和他的同事们十分赞赏。在1988年第三世界科学院理事会上，卢嘉锡被推选为该院负责亚洲地区事务的副院长。
虽然很忙，很累，可是卢嘉锡仍然工作得很愉快。这位慈爱的老人，把他那颗真诚的心交给了哺育他成长的祖国。他在忙忙碌碌的组织和领导工作中，收获着人民的希望；他在默默的科研中，为科技强国作出了卓越和贡献。
