Свои взгляды на организацию научных исследований Бах реализовал в созданном им в 1935 г. и возглавляемом до 1946 г. Институте биохимии АН СССР. До 1935 г. биохимия в Академии наук не была представлена как самостоятельная единая дисциплина. Она была разделена на ботаническую и зоологическую части и была представлена Лабораторией биохимии и физиологии растений (ЛАБИФР) и Лабораторией биохимии животных (ЛАБИЖ), что не отвечало ее современному состоянию. Директором ЛАБИЖа был Бах. На базе этих двух лабораторий им был организован. Институт биохимии, которому в 1944 г. было присвоено его имя.
Задачу созданного института Бах видел в изучении биохимических процессов, которые непрерывно совершаются в каждой живой клетке, и служат химической основой для всех жизненных явлений. Конечной целью исследований является использование полученных результатов в производстве. К примеру, Бах заинтересовался технологией переработки чайного листа, предполагая, что в ней главную роль должны играть окислительно-восстановительные процессы. В результате им и его сотрудниками были созданы биохимические основы чайного производства и разработаны биохимические методы его контроля. С учетом поставленных задач Бах основал в составе института четыре отдела: отдел энзимов, отдел биохимии животной клетки, отдел биохимии микроорганизмов, отдел наследования биохимических свойств.
Благодаря усилиям А.Н. Баха в институте сложился сильный научный коллектив. В нем работали, кроме Баха и Опарина, академики В.А. Энгельгардт, Н.М. Сисакян, А.Н. Белозерский, А.Н. Теренин, А.Л. Курсанов, А.А. Баев, А.А. Красновский, члены-корреспонденты АН СССР В.Л. Кретович, Д.Л. Талмуд, А.М. Кузин, А.И. Смирнов, академик АМН СССР З.В. Ермольева, академик ВАСХНИЛ А.А. Шмук и др. Из ученого-одиночки, работавшего в Женеве в лаборатории, созданной в собственной квартире, Бах превратился в создателя крупных научно-исследовательских центров и руководителя больших коллективов.
В конце 1941 г. Институт биохимии был эвакуирован во Фрунзе. Здесь Бах использовал свой организаторский опыт для развития научно-исследовательской базы в Киргизии и создания Киргизского филиала АН СССР, который был открыт в 1943 г. После возвращения в Москву в июне 1944 г. Отделение биологических наук АН СССР провело специальную сессию, посвященную 50-летию перекисной теории медленного окисления и роли Баха в развитии отечественной биохимии.
