Период научной деятельности Архангельского с 1919 по 1923 гг. характеризуется интенсивной работой по обобщению накопленного геологического материала – опубликованием труда, ставшего классическим «Введение в изучение геологии Европейской России, часть I» (тектоника и развитие Русской платформы). К этому времени также относится начало работ по изучению геологических условий Курской магнитной аномалии. В 1923–1926 гг. он возглавил геологический отдел Особой комиссии по изучению Курских магнитных аномалий.
В 1926 г. Архангельский вел обработку осадков Черного моря, собранных гидрографической экспедицией, проводившейся на корабле «Первое мая» сначала под руководством академика Ю.М. Шокальского, а затем Е.Ф. Скворцова и В.А. Снежинского. Сравнительное изучение колонок черноморских илов и пород нефтеносных отложений Крымско-Кавказской области привело ученого к интересным выводам об условиях накопления нефтепроизводящих свит. Обобщающая работа по этим исследованиям была опубликована в 1927 г. в книге «Условия образования нефти на Северном Кавказе». Этот труд был высоко оценен в СССР и за рубежом. В 1928 г. за эту работу Архангельскому была присуждена премия им. В.И. Ленина. Многолетние исследования Архангельским осадков Черного моря, их литологии, геохимии, структуры и позднейших изменений и деформаций были обобщены в работе «Геологическая история Черного моря» (1932) и в большой монографии «Геологическое строение и история развития Черного моря» (1938), написанных совместно с Н.М. Страховым.
В 1926–1928 гг. Архангельский руководил полевыми геолого-съемочными работами на Керченском полуострове и изучением его нефтяных месторождений.
С 1931 по 1934 гг. он руководил литологическим отделом Института минералогии и геологии, впоследствии слившимся с Институтом прикладной минералогии и преобразованным во Всесоюзный институт минерального сырья – ВИМС.
В 1932 г. А.Д. Архангельский опубликовал большую сводную работу «Геологическое строение СССР, Европейская и Среднеазиатская части», в которой впервые было систематически изложено сложное геологическое строение нашей страны и прослежена ее геологическая история, на основе чего сделаны общие выводы о закономерностях развития земной коры.
С 1934 г. он – директор Геологического института АН СССР и руководитель крупных комплексных экспедиций по изучению геологического строения Казахстана (1936–1938) и Европейской части СССР (1939–1940). После переезда из Санкт-Петербурга в Москву, происходившего под руководством Архангельского, Геологический институт получил большое помещение в Пыжевском переулке, большой штат научных сотрудников, хорошее оборудование. Архангельский привлек в институт многих крупных специалистов: Ф.П. Саваренского, Г.Н. Каменского, Н.М. Страхова, И.Ф. Григорьева и др.
