1964年，袁隆平在我国率先开展水稻杂种优势利用研究，并提出通过培育雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系的三系法途径来培育杂交水稻，以大幅度提高水稻产量。
但工作刚刚起步，就开始了“文化大革命”。在上级有关部门的支持下，他避开干扰，依靠社会主义的大协作精神，带领助手刻苦钻研，克服种种困难，经过10年奋战，终于攻克了三系法杂交水稻研究中的难题。1972年袁隆平与同事们一起率先育成我国第一个实用的水稻雄性不育系及其保持系“二九南1号”，并于1973年实现“三系”配套，1974年选育成第一个强优组合“南优2号”，1975年研究出一整套生产杂交种子的制种技术，1976年开始，杂交水稻在全国大面积推广，比常规稻平均增产20%左右。由此，袁隆平成为世界上第一个成功地将水稻杂种优势应用于生产的科学家。
1980年以来，袁隆平又先后育成“威优64”、“威优49”等几个大面积推广的早熟、多抗新组合。1987年，两系法杂交水稻研究列入国家“863”计划，袁隆平挂帅开展全国性的协作攻关。历经九年的艰苦攻关，1995年，两系法杂交水稻研究成功，普遍比同熟期的三系杂交稻每亩增产5%—10%。
1998年，袁隆平主持的长江流域两系法杂交早籼稻选育研究获得突破，育成优质、高产、早中熟的两系早籼稻组合，为解决长期以来长江流域早籼稻米质不好、产量不高的难题提供了有力的技术支撑。
1998年，超级杂交稻研究被列为国家“863计划”重点项目，袁隆平出任首席责任专家；2000年，超级杂交稻实现百亩示范片亩产700公斤的第一期目标；2004年，超级杂交稻实现百亩示范片亩产800公斤的第二期目标；现正朝着百亩示范片亩产900公斤的第三期目标努力，计划到2010年实现。
1964年袁隆平院士在水稻大田发现水稻天然杂交株的杂种优势，设想“三系法”利用水稻的杂种优势，开始在自然变异中寻找水稻雄性不育株培育不育系。
1966年在《科学通报》上发表《水稻的雄性不孕性研究》，提出“三系法”利用水稻杂种优势的设想。得到国家科委的重视，到1970年夏培育出C、D系统水稻不育系，但始终没有找到完全保持雄性不育的材料，而无实际使用价值。
1970年冬李必湖等在三亚发现野生稻败育株，简称“野败”（奇迹之一）。
1972年利用“野败”与长江中下游的早籼稻多代回交培育出雄性不育系与雄性不育保持系。长江中下游的早籼品种大多对“野败”具有很好的雄性不育保持特性（奇迹之二）。
1973年用已选育不育系与东南亚的籼稻品种测交筛选出雄性不育恢复系，成功地实现“三系”配套，开始探讨杂交稻制种技术。东南亚的籼稻品种对“野败”具有很好的雄性不育恢复力（奇迹之三）。
1978年按行政区划全面恢复和建立国家、 省、地、市、县级种子公司，作为政府事业单位承担杂交稻种子生产、销售和管理，杂交水稻种子的经营进入一个半计划经济管理阶段，建立了较完善的杂交水稻种子繁育体系，有力地推动了杂交水稻种子生产技术的研究和应用，从而实现了杂交水稻的快速推广。
1986年袁隆平院士发表《杂交水稻的育种战略设想》，提出水稻杂种优势利用的三个发展阶段和三种利用方法：
A.三系法为主的品种间杂种优势利用；
B.两系法为主的亚种间杂种优势利用；
C.一系法或转基因技术的远缘杂种优势利用。
1988年培育出系列水稻光温敏核不育系，有安农S-1、衡农S-1、W6154S等，开始两系法杂交水稻育种和繁殖制种技术研究。
1995年以培矮64S系列组合的种子生产成功标志着两系法杂交水稻技术的基本成功，开始大面积种子生产和两系杂交稻种植。
1996年农业部立项开始杂交水稻超高产育种，选育中国超级稻。
1997年袁院士发表《水稻超高产育种研究》。
2000年先锋组合两优培九达到了超级稻一期700公斤/亩的产量目标。
2004年两优0293达到了超级稻二期800公斤/亩的产量目标（原计划2005年实现）。2010年广占63S-4/1128百亩测产达到872公斤，2011年有望实现百亩连片平均亩产900公斤的目标（原计划2015年实现）。
