熊毅回国之时，正值建国伊始，百废待兴，国民经济处于恢复时期。他不顾个人志趣，以国家任务为己任，按照祖国需要承担了东北粮棉增产的土壤调查任务，以后又参加农业调查，工作取得很大进展，受到当地党和政府的鼓励和表扬，从而树立了信心，激发了他的科学为生产服务的热情，增强了为人民服务的愿望。

    1952年，党和政府提出了根治黄河的综合开发方案，研究黄河流域的梯级开发问题。为此，中国科学院派他参加水利部组织的西北水土保持考察，以后又参加黄河流域规划。通过这些工作，撰写了《陕甘黄土高原土壤初步考察与分析》，《如何改良西北的土壤》（1953）论文。通过这些工作使他学到了水利知识，并结合国民经济建设开展了科研工作。 原随着国民经济的恢复和发展，国家决定开发黄河水利资源，发展灌概农业，提高农业生产，因而需要进行黄河流域土壤调查。1954年，由中国科学院、水利部联合主持，成立了土壤调查总队，任熊毅为总队长。他亲自组建600余人的队伍，野外工作经历了3年多的时间，工作地区包括黄河以北的冀、鲁、豫、京、津平原部分，山西的大同、长治、晋中、忻定四个盆地，宁夏的银川平原，内蒙的呼萨平原及河套平原等，面积达28万平方公里。

    通过黄河中下游冲积平原的土壤调查，熊毅用发生学的观点系统地研究了华北平原土壤形成条件、过程、特性和分类，改变了过去统称“冲积土”的命名，对各种层状沉积物发育的土壤类型，特别是褐土、浅色草甸土（潮土）和盐碱土的形成过程、发展阶段、分布规律及其特性进行了深入的研究；揭示了第四纪河流沉积规律，层状沉积物结构、类型及其对土壤水肥特性、水盐运动和农业生产的影响；开创性地研究了浅层地下水与土壤盐碱化的关系，根据沙、粘相间的沉积层次所形成的岗、坡、洼地形与水盐运动状况，总结出旱、涝、盐碱在发生上的联系，为有效防治土壤盐碱化提供了理论依据；首次明确提出春旱、秋涝和土壤盐碱化是阻碍华北平原农业生产发展的主要限制因素，特别是在无排水条件下发展自流灌溉引起土壤次生盐碱化，是限制平原地区农业生产发展的关键。这些开创性的工作和新的学术观点，集中反映在他和席承藩合著的《华北平原土壤》一书和《华北平原土壤图集》中，至今仍不失其重要的学术价值和现实的参考意义。

    在熊毅指导下封丘打出的第一口梅花井土壤盐碱化是世界上带普遍性的问题，我国的盐渍土主要分布在东部滨海及淮河—秦岭以北的干旱和半干旱地区。熊毅参加工作之初，就进行了盐渍土的研究，在黄河流域的土壤调查中，他十分重视影响农业生产发展的土壤盐碱化问题，在大量研究资料的基础上，撰写了《中国盐渍土分区》（1956），进而又撰写了《黄河流域盐渍土的发生及改良途径》（1957），《怎样克服灌区土壤的盐害》（1961），《排水在华北平原防治土壤盐渍化中的重要意义》（1962）等论文。在这些论文中，他强调防治土壤盐碱化的关键是搞好排水。但这个意见未能得到重视。50年代末期，为解决北方干旱，华北大平原在无排水条件下，到处大搞引黄自流灌溉，平原蓄水之风也随之兴起，很快发展成“满天星”、“葡萄串”、“鱼刺带瓜”打乱了自然排水流势，引起了灌区土壤次生盐碱化和沼泽化灾害的迅速发展，同时也加重了内涝，粮食大幅度减产，情况十分严重。1962年，国家科委成立全国土壤盐碱化防治专业组，熊毅被推荐为副组长。他亲赴冀、鲁、豫、晋等地进行实地考察，阐明土壤次生盐碱化和沼泽化发生的原因，旱、涝与盐碱、沼泽的关系，同时强调了排水的重要性，并提出了以治水改土为中心，水利工程与农业生物措施相结合，因地制宜，综合治理旱涝盐碱的原则、方法和措施（《河南日报》1962，8－10）。国家有关部门决定暂停引黄灌溉后，灾情得以制止，沼泽化迅速减轻，土壤次生盐碱化得到了控制，但盐碱地并未得到改良。1965年，他借鉴国外经验，选择当时旱涝盐碱严重的河南省封丘县，在我国首次进行“井灌井排”实验，当年取得综合防治旱涝盐碱的显著效果。“井灌井排”这一新技术，很快在黄淮海平原及我国北方平原地区得到大规模的推广应用，使大面积盐碱化和沼泽化的土地迅速得到了改良，促进了我国北方农业的健康发展。

    1978年，为解决我国北方缺水问题，以适应四个现代化的需要，全国五届人大第一次会议正式提出“兴建把长江水引到黄河以北的南水北调工程”，这是一项跨流域调水的重大工程，它的实施必将对生态环境产生重大影响，熊毅根据多年从事黄淮海平原综合治理和农业开发的研究和实践经验，撰写了《南水北调应注意防治黄淮海平原土壤盐碱化》（1979）论文，文中论述了土壤次生盐碱化是南水北调成败的关键，并积极提出《对南水北调的几点意见》（1979），认为要搞好南水北调，必须解决排水出路，完善排水工程配套，同时要采取妥善措施进行调水、蓄水和用水，加强灌溉管理，并做好地下水调控、水盐动态监测和盐碱化的预测预报工作。这些意见得到了科技界的支持和国家有关部门的高度重视。

    80年代初，国家决定综合开发治理黄淮海平原，并确定为国家“六五”计划期间的重大科技攻关项目。年逾七旬因病住院的熊毅，以其对社会主义现代化的执著追求和高度的工作责任心，在病榻前撰写了《组织起来，联合攻关，加速黄淮海平原治理的研究》的8000字的建议书，为国家献计献策（《光明日报》1982，10．4第一版）。在这份建议书里，他回顾了以往多年从事黄淮海平原治理的研究工作，论述了加速这个地区综合治理和开发的重大战略意义和有利条件，也指出了仍然存在的问题，提出了应抓紧抓好的带有战略意义的工作，并把改造中低产田作为主攻方向，这些建议至今仍有很大的现实指导意义。

    熊毅是50年代最早开展黄淮海平原科学研究的科学家之一，曾为这个大平原的开发治理作出了创造性的重大贡献。为此，他曾于1956年被国务院授予“全国先进生产者”称号；1988年被国务院追授“黄淮海平原农业开发优秀科技人员”荣誉奖。