1953年春，祝廷成在生物系开始主讲植物分类学课程。当他第一次带着学生到东北草原进行野外实习时，就被那辽阔富饶的草原深深吸引住，他为自己对草原知识的匮乏而羞涩，遍翻所有图书资料，无一篇中国人自己撰写的有关东北草原的文章。作为一名科学工作者，下定决心选择草原作为毕生研究对象。从那时起，他走进草原，开始了他早期的草地研究。
1954年4月，祝廷成师从北京大学李继侗院士，学习植物生态学，此间跟从李继侗院士一起进行北京西山植被的调查研究。 经过两年调查、分析与探索，祝廷成的第一篇论文《黑龙江省萨尔图附近植被的初步分析》于1955年在《植物学报》发表，他创造性地以投影图和生态系列为模式，论述了黑龙江省萨尔图（现为大庆市）附近草原植被的组成、类型及分布。这篇论文引起了外国同行的注意，1960年联邦德国学者丹恩特教授评论道：“这是中国第一篇草地生态论文”。前苏联学者雅鲁申科通讯院士在《评介国际地植物学发展史》（1961年）一文中写道：“这是一篇从植物生态学的角度研究中国草原植被的文章，它代表了中国草原研究的一个新方向。” 自1955年至1960年间，祝廷成多次深入东北草原进行调查研究，相继撰写了《概论我国东北的主要草原》、《东北西部及内蒙古东部的草原》《东北三类主要草原地下部分的比较分析》等系列性研究论文，为东北草原的深入研究奠定了基础。在祝廷成的筹划下，经中共东北局科委批准，1960年东北师范大学建立了草原研究室，这是我国高等院校最早成立的草原研究机构，祝廷成任研究室主任，承担“东北西部草原改良与合理利用”科研任务。从此，他把全部精力用到草原生态学的研究上。在开展科学研究的同时，祝廷成还翻译出版了《苏联的草原》、《植被学说原理》等8部俄文专著，为草地及植被学在我国的广泛传播与发展起到了积极的推动作用。
1963年春，祝廷成以突出的研究成果作为科技代表，出席中共中央和国务院召开的全国农业科学技术工作会议，受到毛泽东、周恩来、邓小平等党和国家领导人的亲切接见。从此，他更以忘我的精神投入研究。
1964年，由东北局科委组织了东北三省的五所高等院校和科研单位，在黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县建立“东北草原改良板田”，祝廷成任技术负责人，与牧民同吃、同住，总结出群众引火烧荒和合理打草的经验。1970年，祝廷成被冠以“只专不红”的罪名送往桦甸县一个深山沟里进行劳动改造。为了改变这个落后山沟农民贫困生活现状，他根据草原结构的成层现象原理，变单一种植为高、低秆作物合理搭配，豆科与禾本科作物间作的试验田。这片试验田创造了农作物互利互惠的生态条件，又充分利用了土地和空间，被农民亲切地称为“三层楼”，秋后试验田比单一种植增产30%。桦甸县专门组织了200多位生产队长前去参观学习。1973年，祝廷成在内蒙古科左中旗牧区接受“再教育”期间，提出在退化草场上建设粮、草、林、料四结合草库伦的建议，得到了广大农牧民的支持。他与牧民们一起建起草库伦100余公顷，饲草产量翻一番。结合草库伦的成功经验，祝廷成和同事们一起创绘了“草原建设挂图”，把草原建设的基本原理，寓于文图之中，受到农业部的重视，很快便以汉、蒙、藏、哈萨克四种文字出版，发行全国。这是我国第一套有关草原科学的彩色挂图，对草原建设起到了积极的推动作用。 1978年祝廷成从讲师越级晋升为教授，开始招收我校第一批草地生态学硕士研究生。生态系统是近代生态学研究的基本单元，自60年代末期，成为国际生物学规划（IBP）的重点研究对象。祝廷成及时抓住国际生态学发展的生长点，主持了“六五”期间国家科技攻关项目《草甸草原生态系统的结构、功能和生物生产力》的研究，撰写出版了《生态系统浅说》一书，成为我国有关生态系统的第一本著作。
1981年祝廷成代表中国草原学会首次出席了在美国肯塔基召开的第十四届国际草地会议（IGC），并宣读了《中国东北羊草草地生态研究》论文。从此，中国草地的代表草种——“羊草”一词，在国际学术刊物上被广泛引用。1985年在日本召开的第十五届国际草地学会议上，祝廷成与他的学生共同撰写的《中国温带草地资源及草地农业的进一步发展》一文，被会议选作十篇大会报告之一，同步放映80张中国草原彩色幻灯片，第一次将世界三大草原之一的我国丰富多彩的温带草原展现于世。本届大会评委会主席、美国著名草地生态学家、衣阿华州大学教授韦勒·弗韦丁评价道：“一个科学家往往从越来越窄的范围中，学到越来越多的知识。但听了祝教授的这篇报告后，则使人从越来越宽阔的领域里，学到越来越多的知识。所以，我们深表钦佩！”。在这次会议上，祝廷成当选为由11位世界著名学者组成的国际草地会议常任理事会理事，这是我国学者第一次被选入如此高层次的国际草地学术组织，他为祖国争得了学术荣誉。
祝廷成在学术上主攻草地生态的同时也研究中朝国境线上的长白山植物。早在1961年他与傅桐生教授合写的“如何保护合理利用长白山动植物资源”一文，作为第三届全国人大代表的议案上交，并发表在《吉林日报》上，对长白山自然保护区的成立与初期建设起到了推动作用。2001年应邀赴朝鲜考察长白山南坡的植物生态，并与朝鲜学者合作出版了《长白山生物种类与分布》（上卷）（中—朝双语版本），这是论述整体长白山生物多样性的第一部著作，对中、朝两国绿色产业开发，以及申请“世界自然和文化双遗产”提供了科学基础。 2004年他主编的近百万字的《羊草生物生态学》学术专著，是羊草草地生物生态学研究中具有里程碑式的著作。此书的绝大部分内容凝结了东北师范大学草地研究所这个学术团队50余年有关羊草草地的科学结论和实践研究的成果，为完善草地生态学的理论做出了贡献。
祝廷成在进行基础理论研究的同时，十分重视应用研究。1963年他应邀参加中共华北局农委、农业部和农垦部组织的草原开荒调查研究，撰写了《内蒙古哲盟草原利用及牧业生产》、《黑龙江省草原利用考察报告》、《怎样搞好草原建设》、《兴办草业，振兴牧业》、《引草入田，粮草轮作》、《草原退化与草地生态工程建设》、《陆地生态系统发展战略的研究》报告，已被政府有关部门采纳。他主持的“东北草原的改良与利用”项目，荣获吉林省政府重大科技成果奖；“羊草草原的研究”和“东北草原生态研究”项目，五次荣获国家教委科技进步奖；“草原国土治理”及“中国牧草种资源利用”国家科技攻关项目，两次荣获农业部科学技术进步奖，凡此奖项不胜枚举。
1986年，东北师范大学成立草地研究所，祝廷成任所长，同年他创建我国第一个以草地生态为主攻方向的博士点。1989年经国家计委和国家教委批准，我校建立了国家草地生态工程专业实验室，祝廷成任实验室学术委员会主任。1992年建立博士后流动站。在50多年的研究工作中，他发表论文300余篇。 祝廷成虽然年逾古稀，仍是“老骥伏枥，志在千里”。他一直担任《中国饲用植物志》、《中国草地》、《草地学报》、《生态学杂志》、《应用生态学报》、《植物生态学报》、《当代生态农业》等全国性学术核心刊物的副主编或编委，并被聘为农业部北方草地资源调查科技顾问。由于在教学和科研工作中贡献突出，他被收入《中国当代名人录》、《士林丰采录》、《科学家》、英国剑桥的《世界名人录》、美国传记研究所的《国际杰出领导名人录》等多家名人录中；荣获首批国务院批准的政府特殊津贴、吉林英才奖章、吉林省首批省管优秀专家、1997年曾宪梓教育基金奖、教育部高校科技工作40年荣誉奖等。
