1950年张心一53岁，应邀到中央财政经济委员会计划局农业计划处任处长。1951年，他按陈云同志要求，收集了古今中外有关讨论中国农业发展方向的资料。陈云同志在研究了他所汇集的资料后，认为中国农业的发展应以提高单位面积产量为主，提经党中央、政务院讨论后成为指导农业发展的方针。陈云同志把他看成是这方面研究有素的权威，他对陈云同志对事业的认真谨慎态度深为钦佩，也为自己能有这样的机会为中央领导提供决策依据而感到欣慰。

    1952年，中央财政经济委员会撤消，张心一调任农业部水土利用局副局长。这个局后来曾经改为土地利用局和土壤肥料局，但他一直都担任副局长，勤勤恳恳地从事土地利用工作，直到1966年“文化大革命”全面展开。

    张心一在任职期间，着重抓了水土保持工作，他经过实地调查研究和实践经验总结，写成从《保持水土，发展农业生产》一书。着重宣传他的观点，即：搞好水土保持不仅为了减少河流泥沙淤积，更需要强调的是发展当地农业生产；在黄土高原和丘陵山区发展农业必须搞好水土保持工作。1953年西北大旱，他率领农业部工作组用两个月时间走遍了陕西、甘肃两省黄土高原的7个专区，作了广泛深入的调查，否定了过去有的外国专家认为黄土高原不能造林的观点。为了肯定黄土高原造林的可能性，曾不畏劳累，连续7天，日行百里，从甘肃庆阳走到陕西富县，横穿子午岭林区。他白天沿路考察夜宿农家，访问调查，收集了大量资料，写成了一份详细的调查报告。并加工整理成《西北黄土高原的土地合理利用问题》一文，从人口和土地关系高度，阐明水土流失的根源是广种薄收、单一作物生产的土地利用方式。他认为，要克服水土流失，必须结合农民的互助合作运动，改革土地利用方式，进行水土保护，合理利用土地，提高单位面积产量。在1953年前期调查的基础上，1954年水利部为了治理黄河制定黄河流域规划，又组织大规模的全面调查，张心一也始终参加了这些调查，并向水利部领导和参加黄河规划的苏联专家介绍兰州徐家山水平沟造林的经验，还同水利部领导沿着他40年代当建设厅长时走过的山间小路，考察刘家峡、盐锅峡坝址。现在黄土高原植树造林蔚然成风，刘家峡、龙羊峡也修起了大坝。对这些事业的开创，张心一也付出过许多心血。

    1955年我国农业合作化高潮来临之际，为把小农经济分散的小田块，合并成适于集体经营和机械化耕种的大田块，农业部留下苏联政府为帮助建立国营友谊农场派来的土地利用规划专家组，先后在哈尔滨、北京举办土地规划讲习班。北京的讲习班由张心一主持其事，随后一些省份也相继举办了培训班，培养了几百名土地规划干部。这是我国第一批土地规划人才，尔后多已成为土地利用规划和土地管理的技术骨干。

    到了60年代，张心一把注意力转移到发展南方稻田绿肥生产上。为培肥地力，经过深入调查研究，对发展绿肥提出了全面的实施意见。他深入总结南方各省直辖市（自治区）发展绿肥生产经验，于1962年撰写《进一步发展我国南方的绿肥生产》一文在《红旗》杂志上发表。

    “文化大革命”开始后，各级行政机构处于瘫痪状态，他同许多老干部一样“靠边站”。直到1978年党的三中全会后中国农学会恢复活动，张心一以81岁高龄出任该会专职副理事长。他仍然为开展国内外农业学术交流活动而勤奋工作，还受聘为农业部科学技术委员会和中国农业科学院学术委员会委员，先后被选为中国土壤学会、中国土地学会等常务理事和担任顾问。这段时间，他想把失去的时间夺回来，骑着自行车提早上班晚些下班，以全部精力研究如何实现中国农业现代化问题。不时向领导部门提出各种建议。例如，他在仔细分析我国化肥用量和农业增产的关系后，提出了从非洲进口磷矿石以增加磷肥的建议。他在研究推行农业生产责任制时，提议在黄土丘陵地区应以小流域为单位，把整个流域的全部土地承包给农民使用，同时承担合理开发和保护的责任，求取土地合理和持续利用。他积极支持黄土高原一种水土保持耕作法——丰产沟的推广。他还主张农田灌溉、排水和水土保持工作应由农业部门主管，因为这些都是农民提高生产、改善生活乃至造福子孙后代密切相关的大事。

    张心一是享誉国内外的农业经济学家。1985年已是88岁高龄，他的母校美国依阿华大学来信邀请他返校参加毕业60周年纪念活动，他欣然独自应邀前往。这次回校，他了解到同期毕业的500多名同学中60年后在世的还有100来人，能回校参加庆祝活动的有40来人，他是唯一从国外去的。为他佩戴金质纪念章的校长已是他们离校后才出生的了。他在美国参观访问达20余天，并从胡佛国际问题研究所复制回全套他已经失去的抗日战争以前发表的论著和调查统计材料，高高兴兴地回国后又应甘肃省人民政府的邀请回兰州考察并作学术报告。1987年1月17日在他90寿辰之际，中国农学会、中国土地学会为他举行了庆祝会，并编辑出版了《张心一纪念集》，收录了他历年来发表的重要著作14篇。1991年，张心一被评为有突出贡献、享受国务院特殊津贴的农业专家。张心一是“国际农业经济协会”最早的会员，该会成立即参与学术活动，1988年该会第二十届会议上授予他“荣誉终身会员”称号。

    从1975—1983年他3次因癌症做了胃和直肠的切除手术，都以坚强的意志和乐观的心理抗了过来，而且一出院就骑自行车去上班。送他去青岛或北戴河休养，他一概拒绝，说我这个人就怕闲，一闲就得生病。几次安排他出国考察，他也不肯去，把名额让给了年轻人。张心一早已逾退休年龄，但他从来不肯片刻休息。在91岁高龄时，虽然已辞去一切职务，但仍然每天坚持上班，阅读大量的外文资料，也从不间断地读书看报，从不放松吸收新的知识。当时的农业部部长何康很了解老人的心愿，曾说：“张老是不愿休息的人，他愿意来上班还是让他上班。”这段时间，他为农学会的对外活动进行联系、修改文件等，做了许多有益的工作。

    张心一就是这样一位值得尊敬的专家、学者，一生保持着劳动人民的优良品德，勤勤恳恳，不求名利，为祖国和人民办了许许多多有益的事，却从不肯吹嘘自己作了什么。