У 1929 році відбувся істотний поворот у науковій діяльності академіка Патона. Він приступив до розробки проблем електричного зварювання металів. Це зв'язано з початком масової індустріалізації СРСР, що відразу виявила недоліки клепки металів, що повсюдно застосовувалася в народному господарстві. Зварювання мало незаперечні переваги перед клепкою, але її проблеми в СРСР зовсім не минулому розроблені, у цьому відношенні країна відставало від Заходу на десятиліття. У 1929 році Е.О.Патон заснував зварювальну лабораторію й Електрозварювальний комітет у Києві і був їхнім керівником у 1929-1934 роках.
У 1930-і роки Патон опублікував перші монографії, у яких узагальнив основні принципи розрахунку і проектування зварених конструкцій. Займався різними аспектами, зв'язаними зі звареними з'єднаннями і конструкціями, з їхньою міцністю, оптимальною формою, реакцією на різні впливи, у тому числі на статичні і динамічні навантаження, властивостями зварювальної дуги і зварювального шва, механізацією й автоматизацією зварювальних робіт і т.д. У 1932 році під його керівництвом була розроблена автоматична зварювальна голівка для зварювання відкритою дугою. Творець потокового методу зварювальних робіт, розробляв промислові потокові лінії. Автор технології зварювальних робіт в особливих умовах і особою складності. У 1934 році на базі лабораторії і комітету академік Патон організував перший у світі Інститут електрозварювання Академії наук УРСР у Києві, що з 1945 року має його ім'я, і був його директором у 1934-1953 роках. Інститут електрозварювання швидко перетворився в могутню наукову школу. Яскравою рисою її був тісний зв'язок з виробництвом: новітні методи зварювання і створене в Інституті устаткування впроваджувалися в народне господарство негайно, у лічені місяці. Сам академік у віці 70 років він винайшов новий спосіб зварювання під флюсом (до наших днів це основний спосіб зварених робіт при прокладці газопроводів).
