早在本世纪30年代初期，邓叔群就开始注意对生态学的研究。1939年，他利用中央农林部要他负责一部分林业科学研究的机会，组织了西南森林调查团，深入四川、云南、西康等省的沙坪坝、岷山、大渡河、雅砻江、金沙江等地区的原始林区，进行了为期两年的调查，对我国西南地区的森林分布、生长生态特性以及林木的病害情况进行了较详细的研究，发表了《洪坝森林的研究》、《我国天然林管理法之研究》（一）、《今日中国的林业问题》、《西藏东部高原的森林地理》等论文。
为了在西北黄土高原地区建立一种有利于农林牧业生产的生态系统，以减轻黄河对其下游地区的危害，他于1941年放弃大城市的生活来到了甘肃省的林区。在他任甘肃省水利林牧公司林业部经理的6年期间，先后曾去白龙江中游武都、文县一带、天水小陇山、河西走廊、祁连山、秦岭等林区，亲自进行调查研究，采集了大量的标本，分析了大量的树木生长情况，为科学地营林育林提供了依据；他论证了祁连山、天山等高山林区植被灌木丛对于积雪、保土和调节雪水径流的重要作用；设计出在兰州南北山干旱地区采用“水平沟”造林的方案，为保持水土、保证较高的造林成活率提供了有利的条件。他建议，在黄土高原荒山造林应选用沙枣、柽柳、白榆等耐寒抗旱的小乔木作先锋树种。这一建议在当时虽然没有被充分采纳和利用，但对今天改造黄土高原的工作仍有其重要的参考价值。在这期间，邓叔群最重要的工作和最大的贡献，就是他首先提出了生态平衡的观点，并亲自在黄土高原地区以成功的实践证明了科学经营林业和科学管理森林的必要性和可行性，为后人留下了一个活生生的、科学经营管理森林的典型——洮河林场。
黄河的大支流洮河上游的大片原始森林当时为藏族林主所有，他们常把森林的树木卖给木材商人，树木砍光后再放火烧山以长牧草或开辟为耕地，因此水土流失情况日益严重，从而给黄河下游带来的灾难也就随之加重。为了改变这种日趋恶化的生态环境，他利用水利林牧公司的资金，在洮河上游甘肃省卓尼县买下了一大片藏族林主的森林，创办了位于卓尼的洮河林场总场和苗圃，以及卓尼地区以外的三个洮河林场分场和一个牧场。他对这些林场中的森林分别进行调查、勘测，绘制了我国较早应用的林型图，并就各树种、树龄以及林木生长、材积、更新和病虫害等情况进行分类研究，制定出了一整套保证更新量、营造量大于采伐量的科学经营管理制度，使森林长存、采伐不绝。自那时起迄今已有40多年，但至今洮河林场仍在沿用当年他亲自制定的这一科学管理制度。几十年来，黄河上游的多数森林均遭程度不同的破坏，唯洮河林场为黄河上游保留下了宝贵的森林区，为黄河上游的水土保持和生态平衡作出了贡献。
这一期间，邓叔群在西北黄土高原地区所进行的大量调查结果以及实践经验的总结都汇总在他离开甘肃后于1947—1948年发表的诸论文中，如：《甘肃林区及其生态》、《甘肃的造林与管理》、《甘肃林业的基础》、《甘肃的气候与树木年轮》、《我国天然林管理法之研究》（二）、《中国森林地理概要》等。
1948年底，他为东北编写的林科大学教材纲要，其中包括森林生态学、造林学、测林学、森林经营学、森林病理学等，就是他对我国森林的大量调查研究结果和实践经验的产物。
