另外，1960年，龚祖同担任研制2.16米天文望远镜的技术负责人。随后为其中间试验品60 cm望远镜的设计、加工、装调奔波。由于“文化大革命”的影响，这项工作拖延了17年。由于龚祖同促进修改，最终于1976年成为一台有用的望远镜。这项工作为制造中国的天文望远镜培养了一批专业人才。西光所原科研处长陈中仁研究员追忆讲述，“遗憾的是，当2.16米天文望远镜于1989年矗立在河北省兴隆县山上开始探索宇宙的奥秘时，龚祖同已经与世长辞。”
熔炼出中国第一炉光学玻璃。龚祖同深知，不能生产光学玻璃，光学工业难为无米之炊。依靠进口玻璃，中国的光学工业不可能真正独立。因此，从依靠进口光学玻璃制成军用双目望远镜起，自行生产光学玻璃就成了他魂牵梦绕的目标。
1939年冬，龚祖同用自己公费留学节省下来的400英镑及同学的资助，于1940年初开始在上海小规模试制光学玻璃。由于重庆国民政府设法营救，龚祖同得以乔装逃出上海，返回昆明。第一次试制光学玻璃失败。
1942年，他到贵阳红岩冲建造简易厂房，开始试制光学玻璃。但在日本投降后，当局者认为光学玻璃可以从美国进口，自己不值得搞，因而撤销了贵阳试制厂。龚祖同第二次试制光学玻璃宣告失败。
1945年10月至1948年 ，龚祖同千方百计利用各种资源和机会，辗转南北各地，分别在秦皇岛耀华玻璃厂、上海耀华公司试制光学玻璃。而这第三次试制光学玻璃的愿望又成了泡影。幸运的是，他在上海耀华厂认识了在英国获得博士学位回国的王大珩。
中华人民共和国成立后，王大珩任中国科学院长春仪器馆馆长。1950年，王大珩从东北人民政府申请了40万元拨款，邀请龚祖同去长春攻关。
知难而进，屡败屡战，龚祖同日夜生活在炉边，全身心投入在工作中。1952年除夕，第一次获得了300升(一大坩埚)K8光学玻璃。接着又成功了两坩埚。
历尽艰辛，他终于实现了自己的宏愿，开创了中国自行生产光学玻璃的历史。接着是巩固、提高，开发新的品种。由硼冕玻璃到火石玻璃，再到钡冕玻璃。在工艺上从经典法发展到浇铸法。与此同时，他们向全国各地提供了图纸以解决国内急需，他们有时甚至把自己的试制车间供工业部门生产之用。
中国的光学玻璃工业从此诞生。
从1951年春提出光学玻璃试制车间的规划到1958年转而研制红外变像管，龚祖同为中国光学玻璃的试制与推广生产整整工作了7个年头。1957年他发表了《光学玻璃熔制的发展及有关原理》一文，对其7年来熔制光学玻璃的经验作了科学的总结。
1962年，龚祖同奉命来到西安，协助组建中国科学院光学精密机械研究所后，又创造了我国光学应用领域的数个重要的第一。
东北到西北：缔造一个西光所
1962年3月，为发展中国的核武器，解决用于核爆试验必需的高速摄影和耐辐照光学材料问题，在钱三强、王淦昌和张劲夫的提议下，国家二机部和中国科学院决定在西安成立一个以核爆试验光测任务为方向的研究所。
国之所需，我之所向。龚祖同受命担任所长，中国科学院新技术局副局长苏景一任党委书记。龚祖同带领中国科学院长春光学精密机械研究所数名科技骨干来到地处黄土高原的西安，在原中国科学院陕西分院所属西安原子能所、应用光学所、机械所、半导体所、科仪厂的基础上建立了中国科学院光学精密机械研究所西安分所，1965年正式命名为中国科学院西安光学精密机械研究所。
据西光所一些已经是耄耋之年的老同志回忆，在建所初期，我们国家正处于三年经济困难时期，工作条件异常艰苦，科研设施相当简陋。在科研大楼未盖好之前，各研究室都挤在边家村老区的东一楼（宿舍楼）办公，一间14平方米的房间放6-8张二斗桌，光学设计靠翻五位对数表，机械设计全用绘图仪、鸭嘴笔，电路系统靠电烙铁手工焊接。当时的一台手摇台式计算机就是所里最先进的设备。但是，大家工作起来是不分昼夜，办公室灯火通明，常常直至深夜12点。
龚祖同重任在身，带领这支年轻的研究所队伍，一往无前，争分夺秒，于1964年6月，研制出我国第一台单片克尔盒高速摄影机和每秒20万次高速摄影机，参加1964年10月16日我国首次原子弹试爆并圆满完成光测任务。1966年11月，他们又研制出每秒250万次高速摄影机，参加1967年6月17日我国首次氢弹试爆并圆满完成光测任务。
核试验转入地下以后，在他领导下研制的电视变像管高速摄影机、双路单幅变像管高速摄影机和纳秒变像管扫描高速摄影机在1983-1984年三次地下核试验中成功获得早期中子流γ射线和X射线强度及能量分布的数据资料，为国家的核武器发展做出了重要贡献。
在此后的岁月里，在龚祖同的领导下又陆续研制成功速度从每秒几十幅到2000万幅的间歇式高速摄影机、棱镜补偿式高速摄影机、等待型转镜高速摄影机、同步型高速摄影机、狭缝式高速摄影机、变像管皮秒扫描高速摄影机、软X射线皮秒条纹相机、变像管瞬时高温议，以及不同时间分辨率的转镜型扫描高速摄影机和小型电影经纬仪等。
