1929年，李四光发表专论《东亚一些构造型式及其对大陆运动问题的意义》一文，提出东亚地质构造有七种形式，并分别命名为：山字型、多字型、帚状、帚——三角状、入字型及膝型，而其中山字型是发育最广泛、最易被识别、因而也是对地壳运动最有用的一种构造型式，这一观点也引起了地质学界的广泛关注。
20世纪20年代末至抗战之前，李四光的一个最为重大的科研成果之一，就是对中国第四纪存在冰川现象的发现和论证。长期以来，国际间充斥着中国内地在第四纪并不存在冰川的结论。但李四光通过亲自在太行山麓和大同盆地的实地考察，推翻了这一结论。以后，他继续在长江两岸特别是庐山实地进行深入的考察研究，于1930年写出了中国第四纪冰川地质上划时代的名著《冰期之庐山》一书。这一发现，不仅对地质学，而且对于古人类学都具有重大价值。1935年，李四光应邀到国外讲地学，讲稿后来整理成《中国地质学》一书出版。这是中国人撰写的第一部中国地质学，在国内外引起颇大反响，被李约瑟称之为“第一部内容丰富的地质学著作”。
此外，李四光还修正了长江三峡寒武纪地层的划分，确定了冰碛层的层位，奠定了南方“震旦系”的分层标准，《火成岩侵入体之新研究法》、《中国北部古生代含煤系之分层及其关系》等，就是反映他这些成就的重要著述。
在二叠纪的研究方面，最有成就的要数黄汲清。当时，对于二叠纪，国际地质界原来是以苏联乌拉尔西坡Perm地区作为标准地层的，而黄汲清认为，以此作为全球的对比标准，实在不理想。于是，他根据自己在中国南方实地考察的资料，并参考前人的研究成果，提出中国的二叠纪应分为船山统、阳新统、东平统的看法。为此，他陆续发表了《中国南部之二叠纪地层》、《中国南部二叠纪珊瑚化石》等六部专著，引起了国际社会的瞩目，并最终取得了国际地质学界的认可。在1933年召开的第16届国际地质会议上，美国著名地质学家舒可特（SchuChert）宣读的世界二叠纪总结论文，采用的就是黄汲清的研究成果。
1926年，在泛太平洋科学会议上，翁文灏代表中国地质学界首次提出了中生代侏罗、白垩纪时期的大规模造山运动，并命名为燕山运动（因在我国燕山一带表现最为明显而得名），引起了强烈的反响。
1928年，由著名的石油地质学家孙健初撰写的区域地质研究专著——《山西太古界地层之研究》，对地层提出了崭新的划分方法及命名，为开展区域地质研究作出了表率。6年后，他又根据自己在黄河上游及长城沿线的地质调查结果，写成《南山及黄河上游之地质》与《黄河上游之地质与人生》的论著，对贺兰山一带的地层及地质构造，提出了全新的见解。
4．北京人之发现 北平地质调查所成立后，十分注重地质调查工作，他们运用现代科学方法及手段，对北京周围地带进行了大规模的勘察。1929年12月2日，斐文中等人于北京西南周口店猿人洞底发现了北京人完整的头盖骨，引起了全球科学界的瞩目。
由于以上诸方面的重大成就，在中国现代自然科学发展史上，地质学成为最辉煌的一门学科。
与地质学相关，这一时期，我国的现代地理学也获得了较快的发展。国内各高校如东南大学、国立中山大学、国立清华大学、浙江大学、北平师大、东北大学等都先后设立了地学系。1934年，我国还正式成立了全国性质的中国地理学会。1940年，又正式创建了最有影响的研究机构——中国地理研究所。民国时期，地理学的研究成果主要体现在以下几方面。
区域地理方面中国地理研究所对汉中盆地进行了集中考察，先后出版了200多页的《汉中盆地地理考察报告》，并附图集一册，详细论述了汉中盆地的地形、地貌、水文、气候、资源等方面的状况，成为这方面研究的代表作。
