1950年4月，侯祥麟毅然舍弃了国外优越的科研工作条件，谢绝了上司好心的挽留，经组织同意，离美回国，已经38岁的侯祥麟站在船头的甲板上，看着广阔的海面，感慨万千，前面就是青岛了，想到就要踏上祖国的土地，施展抱负，侯祥麟热血沸腾。

50年过去了，侯祥麟对海外归来时的心情还记忆犹新。50年代前期，共和国的科学事业曙光初照，欣欣向荣。许多海外归来的专家学者深切感受到热风的吹拂，细雨的滋润。这些曾在科学的崎岖道路上艰难攀登的精英，现在面对的是施展才干、创造发明的广阔天地。

刚刚回国的侯祥麟看到国家液体燃料严重短缺状况，认为中国煤多油少，应尽快发展人造石油(煤炼油和页岩炼油)的研究和生产，而且很想利用他在国内和国外从事过这方面研究所积累的知识，发挥作用。恰在此时，清华大学化工系主任曹本熹约他去那里工作，他便应聘到清华大学化工系任教授。当时燃料工业部对煤炼油和煤的地下气化等课题非常关注，决定由石油管理总局与清华大学化工系合作成立燃料研究室，并聘侯祥麟兼任燃料研究室研究员。侯祥麟指导和带领科研人员开展了水煤气合成碳化物催化剂、煤的低温干馏、页岩油精制、降凝剂的合成等课题研究，并且在清华大学化工系第一次开设了炼油工程课。

1952年7月，清华大学院系调整，燃料研究室撤销。在石油管理总局安排下，侯祥麟带领燃料研究室的科研人员调往中国科学院大连石油工业研究所，与该总局两年前先期派去的科技人员汇合一起进行炼油科技研究工作。在此期间，他主持了悬浮催化裂化研究，领导了催化重整、尿素脱蜡等课题研究。在催化重整开题时，从国外大炼油公司回来的肖光琰博士主张采用铂金属为催化剂配方的关键材料，但遇到不同意见，使研究进展受阻。侯祥麟从工艺实际要求出发，支持肖光琰的意见，使这项研究很快取得进展。这些开拓性工作为60年代被称为"五朵金花"炼油新技术的开发成功打下了基础。

1954年3月，侯祥麟奉调到石油管理总局炼油处任主任工程师，从此开始了他长达半个世纪为石油化工事业呕心沥血的历程。1955年当选为中国科学院首批学部委员(后称院士)。

1957年9月至11月，侯祥麟随郭沫若院长率领的中国科学院代表团访问苏联。期间，经过他与全苏国家科委、全苏石油炼制研究所等单位商谈，苏方同意向我国提供几种军用油品生产的资料，并进行石油加工方面的其他合作。访问期间他还考察了全苏石油炼制研究所等石油科研机构，为建设和管理我国的石油科研机构提供了宝贵的参考和借鉴。

1958年10月，国务院批准成立石油工业部石油科学研究院，这就是后来的石油化工科学研究院和石油勘探开发科学研究院，该院不但进行石油炼制的科学技术研究，而且具有管理全国石油科学技术工作的职能。侯祥麟调任该院副院长，主管石油炼制及军用油品的科研工作。自50年代后期，侯祥麟把主要精力放在两个方面的攻关上：其一是国防上急需的各种新型油品的研制；其二是"五朵金花"炼油新技术的开发。

50年代，中国军用和民航所用航空煤油(喷气燃料)一直靠进口。当时石油部曾组织试产这种油料，但在地面试验和空中试飞时均出现喷气发动机火焰筒严重烧蚀问题。后来由于中苏关系恶化，航空煤油进口日渐减少，中国军民用飞机均面临即将飞不起来的危急局面。当时石油部部长曾沉重地说："搞不出航空煤油来，我们过天安门都得低着头啊!"又对侯祥麟说："你们再解决不了这个问题，我就把你们研究院的牌子倒过来挂!"在这种紧迫情势下，侯祥麟组织起6个研究室的力量，亲自带领科研人员日夜苦干。其时他夫人李秀珍也是攻关试验组的负责人，在1960年除夕夜里，夫妻俩把两个小女儿锁在家里一起到实验室里鏖战。经过研究、试验、失败，再研究、再试验、再失败……无数次的挫折和失败，无数次的总结、探索，分析、对比，他们终于找到镍铬火焰筒烧蚀的原因，并由他和副总工程师林风等一起研究出了一种从根本上解决这一难题的添加剂配方。试验很快取得成功，随后指导生产厂在1961年生产出合格的航空煤油，并于1962年正式供应中国民航和空军部队，1964年这项被定名为"33号添加剂"的发明被列为国家级成果，1965年，应用此添加剂生产的航空煤油获得国家新产品成果一等奖。

1959年，为了配合中国原子弹、导弹和新型喷气飞机的研制，国防科委向石油部及石油科学研究院提出研制多种特殊润滑油的紧迫任务。这些特殊用途的材料，不仅要求具有良好的黏温性、高温安定性、低温流动性，而且要耐高负荷、高真空、高转速、强氧化和强化学腐蚀介质等各种性能。石油科学研究院接受任务后，由副院长侯祥麟领导进行攻关研制。在资料贫乏、技术力量薄弱、仪器、设备短缺，以及由于国家3年自然灾害科研人员都吃不饱饭的情况下，他们组织和带领科研人员，平地起家，组建研究室和课题组，建设实验室和厂房，查寻资料，解剖样品，探索技术路线，在身体受到化学物质一定伤害及有中毒和爆炸危险情况下，他们反复进行研究试验，攻克了一个又一个技术难关，终于在1962至1965年间先后研制出了氟油、硅油、酯类油等一系列高精尖特种润滑油品，满足了中国航空、航天、核工业发展的特殊需要。

1962年1月，石油部成立炼油新技术开发核心领导小组，侯祥麟为成员，负责规划和组织领导炼油新技术研究开发及攻关工作。当年他参加国家科委十年科技发展长远规划的编制，由他负责制定了(1963~1972年国家炼油科技发展规划》。规划提出，在学习、吸收国外先进炼油技术基础上，依靠国内技术力量，尽快掌握流化催化裂化、催化重整、延迟焦化、尿素脱蜡，以及有关的催化剂和添加剂等5个方面的工艺技术，即著名的"五朵金花"。

"五朵金花"提法从哪里来的呢？原石油部于1962年10月在北京香山召开炼油科研工作会议。时任石科院副院长的侯祥麟参加了会议。据他回忆，这次会上确定了石油部要集中各方面的技术力量，独立自主地开发炼油新工艺、新技术，主要是：流化催化裂化、催化重整、延迟焦化、尿素脱蜡，以及有关的催化剂和添加剂等5个方面的工艺技术。因为当时大家刚看完电影《五朵金花》那部影片讲述的是五位美丽的、都叫金花的白族姑娘的爱情故事。于是在会上大家就把要开发的这五项新技术，叫做炼油工业的"五朵金花"。从此"五朵金花"在我国炼油行业叫响了。后来"金花"逐渐延伸，成为石油化工业内重大新技术的一个代名词。

"五朵金花"是关互国民经济生产建设的重大科研项目，受到上上下下高度关注。当时，陈俊武、武宝琛、林正仙、闵恩泽等石化科技专家都投入到这些项目的科研开发中。

据当年负责有关催化剂研制工作的闵恩泽院士回忆："五朵金花"项目研究开发工作大都在石油科学研究院进行。时任石油科学研究院副院长的侯祥麟，把主要精力放在"五朵金花"的研究开发上。大到科研方向、试验方案的制订，小到试验的每个环节，他都亲自抓，亲自过问。"五朵金花"之一的催化重整上制取高辛烷值汽油组分和轻质芳烃的重要手段，这项工艺在石化工业中有着举足轻重的作用。但由于这项工艺需要金属铂，而铂比金子还贵重，中国无铂，全靠进口，一些人认为搞这项技术不符合国情，没有必要。侯祥麟从工艺实际要求出发，力排众议，支持用铂作为催化剂配方材料，使我国催化重整技术获得突破性发展。

在培育"五朵金花"的日子里，侯祥麟在研究院、在实验室、在炼油厂之间奔波着，他急着、盼着，千方百计、争分夺秒，让这些炼油新工艺早点开花结果。功夫不负有心人，"五朵金花"终于结出丰硕的成果：到1965年底，在中国炼油工业生产中，"五朵金花"炼油新技术先后开发成功，并实现了工业化，使10年规划原定在1972年完成的任务大大提前了，使中国本来十分落后的炼油工业技术很快接近了当时的世界水平。到1965年底，我国炼油年加工能力达1423万吨，石油产品品种达到494种，汽油、煤油、柴油、润滑油等4大类产品产量达到617万吨，自给率达到100%，从此结束了中国人民使用"洋油"的历史。"五朵金花"均在60年代被列为国家级成果，并于1978年获得全国科学大会奖。