从1980年12月起，研究中心以“五一棚大熊猫生态观察站”为基地，与国内外有关单位合作开展野生大熊猫生态生物学研究。中国科学院北京动物研究所朱靖、龙志，北京大学潘文时，南充师范学院胡锦矗，东北林业大学王学全和世界自然基金会聘请的美国动物学家乔治·夏勒等专家教授先后到“五一棚“观测站参与了大熊猫野外生态研究工作。与此同时，位于英雄沟的大熊猫饲养场，积极开展大熊猫饲养繁殖研究工作。在世界自然基金会的协调下，先后有纽约动物园兽医主任杜伦赛克、史托维，美国华盛顿国家动物园克莱曼、奈特、辛格等国外专家来到卧龙参加这项研究工作，先后历经5年，但没有取得实质性进展。

1983年11月底，从野外救护的8只大熊猫从英雄沟饲养场搬迁至核桃坪新建成的中国保护大熊猫研究中心。1986年，以大熊猫“全全”与“莉莉”自然交配，成功产下幼仔“兰天”为标志，研究中心具备了大熊猫饲养管理、人工繁育研究的基本条件，全面启动了野外及室内的各项研究工作。先后开展了保护区内的生物、植被、森林、水土、矿藏、旅游等自然资源，大熊猫栖息地及生境，保护区内的社区经济文化发展，以及地质地貌等方面的本底调查研究；野生大熊猫及其伴生动物的生物学、生态学、行为学、栖息地保护等方面的研究；圈养大熊猫的饲养繁殖、人工育幼、疾病防控、行为生态、野外放归等多领域的研究，取得了一批重大科研成果，撰写并出版了《大熊猫人工育幼研究》、《大熊猫繁殖研究》等9部专著，组织编写了大熊猫饲养管理行业标准《大熊猫饲养管理规程》，在国内外刊物上发表科研论文500多篇。特别是在大熊猫人工繁育方面，集中力量攻克大熊猫“发情难、配种受孕难、育幼成活难”三大技术难关，提高了圈养大熊猫繁育能力，为扩大圈养大熊猫种群提供了科技支撑，科研成果多次获得国家、省部级科技进步奖（见表611）。

中国保护大熊猫研究中心成立后，还与中国科学院（简称“中科院”）生态环境研究中心、中科院动物研究所、中科院计算机信息研究所、北京大学、清华大学、北京师范大学、华东师范大学、东北林业大学、中国林业科学研究院、四川大学、四川农业大学、西华师范大学、四川省林科院、美国宾夕法尼亚州立大学、密西根州立大学、德克萨斯州农工大学、圣地亚哥动物园等国内外高等院校和科研机构开展合作研究，进行学术交流。在合作研究期间，为美国华盛顿国家动物园、美国圣地亚哥动物园、日本神户王子动物园、泰国清迈动物园、奥地利维也纳美泉宫动物园等5家外国动物园和国内20多家动物园的大熊猫繁育研究及野生动物保护提供了技术支持。2007年，“研究中心”联合成都大熊猫繁育研究基地、四川大学共同建立的“濒危野生动物生物学省部共建国家重点实验室”被国家科技部批准并运行。