В итоге были опубликованы: «Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции», начали издаваться многотомные сводки «Культурная флора СССР» и «Биохимия культурных растений», было издано руководство «Теоретические основы селекции растений» (1935), «Руководство по апробации сельскохозяйственных культур», большое количество сборников и монографий. Н. В. Вавилов создал целую школу исследователей культурных растений, заслужившую признание в мировой науке.
Но с 1934 года Николаю Ивановичу был запрещён выезд за границу, было отменено намечавшееся празднование 10-й годовщины создания ВИР и 25-летия его собственной научной и общественной деятельности. На заседании СНК СССР работу ВАСХНИЛ признали неудовлетворительной.
На XXX юбилейных Вавиловских чтениях, сын Николая Ивановича Вавилова рассказал об отношениях между братьями Вавиловыми и о бедствиях, которые принес их семье диктатура «века-волкодава», погубившая несметное число талантов России.
Он отмечал, что отец имел твердый характер, был смел и решителен, и нередко защищал младшего брата Сергея от пресненских мальчишек, вступая за него в драку. Николай, сильно влиял на интеллектуальное развитие Сергея в период его детства и юности. Он много читал и рассказывал ему содержание интересных книг, например, повесть о Петре Великом. Сергей под влиянием брата начал ставить химические опыты и посещать лекции крупных ученых в Народном университете Шанявского.
Сергей Иванович в своей автобиографии писал, что: «Естествоиспытателем с широкими интересами и горизонтами я стал вполне годам к пятнадцати. Я прочитал Тимирязева, Мечникова, обзавелся определителями растений. Принимал я большое участие в микробиологических опытах Николая». По примеру брата он устроил домашний литературный и философский кружок: «Обсуждали классиков. Например, трилогию А. К. Толстого». Сергей самостоятельно, по совету брата, изучил еще в коммерческом училище латинский язык, который был необходим при поступлении в Московский университет, в результате был принят на физико-математический факультет.
Судьба Сергея Ивановича была полна глубочайшего драматизма: его старший брат академик Николай Иванович Вавилов, не менее прославленный ученый, биолог, пал жертвой политических репрессий в 1943 году в расцвете блистательной научной карьеры.
Как отмечал один из биографов С. И. Вавилова, профессор Л. В. Левшин, «всю жизнь братья были очень близки между собой, а также проявляли трогательную взаимную заботу». Любимый ученик Сергея Ивановича, выдающийся физик, нобелевский лауреат И. М. Франк писал о Вавиловых: «Они, братья, были очень дружны и чрезвычайно высоко ценили талант друг друга».
В журнале «Вопросы истории естествознания и техники» 2, 2004 г. впервые опубликованы его дневники, связанные с арестом и гибелью любимого брата: «26 октября 1943 г., Йошкар-Ола. Получил приглашение в НКВД. Пришла бумага относительно Николая о его смерти 26 января в Саратове. Прочел и расписался. Последняя тоненькая ниточка надежды оборвалась. Надо понять полностью Николай умер. Опасаюсь, что сойду с ума. Смерть Николая поставила последнюю точку в той пронзительной, безотрадной картине».
Сергей Иванович Вавилов,
крупный учёный, организатор науки и основатель научной школы физической оптики в СССР, открывший излучение сверхсветовых электронов, президент Академии наук
Целью его письма Сталину в 1949г. была просьба о посмертной реабилитации брата, без которой Сергей Иванович отказывался оставаться на посту президента Академии наук (19451951). В нём говорилось, что только помощь и поддержка Николая позволили ему стать крупным ученым, широко известным как своими достижениями в области оптики, так и деятельностью по организации науки. Внезапная преждевременная, в 59 лет, кончина Сергея Ивановича, вне всякого сомнения, связана с чрезвычайно тяжелыми переживаниями в связи с арестом и гибелью горячо любимого брата.
Только безвременная кончина не позволила С. И. Вавилову, лауреату четырёх Сталинских премий, получить Нобелевскую премию по физике за открытие излучения сверхсветовых электронов она была вручена его ученику П. А. Черенкову и И. М. Франку вместе с теоретиком И. Е. Таммом.
Николай Иванович Вавилов скончался в заключении от упадка сердечной деятельности на фоне воспаления лёгких и общего истощения организма. Учёный был арестован в 1940 году по ложному доносу и незаконно обвинён во вредительстве, связях с оппозиционными политическими группами, и приговорён к расстрелу, который впоследствии был заменён 20-летним сроком заключения. В 1955 году Николай Иванович был посмертно реабилитирован как жертва Сталинских репрессий.