莫定森一生，既重视作物品种改良，也重视栽培技术和耕作制度的改革。根据他在浙江推广双季稻，扩种冬季作物，发展三熟制的丰富经验和体会，中华人民共和国成立后，他在农业部的工作岗位上面向全国，主抓粮食生产，首先对南方稻区作深入的调查研究，足迹遍及长江和珠江流域各主要稻区，总结各地区稻作科学研究的成就和群众中的先进经验，经过深思熟虑，于1954年初提出南方水稻实行“三改”的建议，得到农业部领导的同意和支持，并由他起草《关于南方稻区单季改双季、间作改连作、籼稻改粳稻的初步意见》作为指示性文件发给各省、地、县，很快为各地领导和群众所接受，改制工作在党的领导下成为群众运动，迅猛发展起来。1957年2月14日至21日农业部在武昌召开南方水稻改制技术经验交流会上反映，当时南方稻区已基本上把间作稻改为连作稻，不少地区还将单季稻改为双季稻。1956年南方稻区双季稻种植面积扩大到11599．5万亩（773．3公顷），比1949年增加了5200．5万亩（346．7万公顷），增长82．6％。湖南、江西两省1954年双季稻种植面积仅占全省水稻总面积的22．9％，1956年上升到52．2％。福建、广东、广西三省（区）也由1954年的57．8％上升到69．8％。根据当时调查材料，单季改双季，平均可增产89％，间作改连作每亩增产稻谷从80—225公斤不等。籼稻改粳稻也取得较大效益，因为当时尚未育成矮秆稻品种，老籼稻品种植株高，既不耐肥，又不宜密植，而粳稻植株较矮、秆硬、耐肥，又比籼稻耐寒，适于早播，籼改粳每亩可增产60—70公斤。苏北盐城、兴化等县比种籼稻增产50％还多。1955年长流域籼改粳面积147万亩，1956年猛增到1095万亩。国50年代中期的水稻“三改”，使双季连作稻由偏南的纬28度，扩展到沿长江的北纬32度，同时也使莫定森在浙省稻麦改良场和农业改进所主持育成的优良稻种在同纬度各省得到普及推广。如早籼503，1956年浙江各地种植达30多万亩，高产单位平均亩产达844斤，估计增产粮食4300斤；1955年引到安徽，1957年在皖南一带扩至70多万亩；958年湖北约达3万亩，比当地早稻增产11．4％—12．6％。籼3号，被四川用作连作晚稻，由1955年的70多万亩，956年激增至1000多万亩；晚籼9号也在四川、江西等省大引用，特别是晚粳10509，由于抗逆性强，施肥条件不高，比一些籼稻品种显著增产，成为连作晚稻的抢手品种。1956年江栽培面积达到266万亩，成为嘉兴、宁波、建德、金华等地主栽品种，湖北代替了当地黄毛粘、黄米冬粘等品种，占到季晚稻的65％。江苏、安徽、湖南、四川、云南等省不完全统，1958年推广面积超过1600余万亩。此外，晚釉浙场3号，四川达县、内江、南充等地区达到1000多万亩，比当地品种产15％以上。江西的南昌、上饶200多万亩，湖南、福建也种植，增产幅度在10％26％。浙场9号也被各地广泛采用，1958年在四川泸州、江津两地就有220万亩。

    水稻“三改”为我国大幅度增产粮食，发挥了历史性的重大作用，是莫定森一生对我国农业的主要贡献。