万建民长期从事水稻优异基因挖掘和分子育种研究，在国内较早提出和初步实践了作物分子设计育种。先后主持国家863、国家自然科学基金等多项重大课题。在水稻籼粳交杂种优势利用基础研究、品质优异基因挖掘、抗病虫新基因挖掘和优质高产多抗粳稻新品种选育等方面取得重要进展。克隆水稻重要新基因27个，培育新品种10个，获新品种权15项、发明专利28项。在Nature、Nature Biotechnology、Nature Comminucation、Developmental Cell、PNAS、Plant Cell等SCI刊物发表论文150余篇，出版专著3部。研究成果“抗条纹叶枯病高产优质粳稻新品种选育及应用” 2010年获国家科技进步一等奖（第一完成人），并获教育部2010年度高校十大科技进展。“水稻籼粳杂种优势利用相关基因挖掘与新品种培育”2014年获国家技术发明二等奖（第一完成人）。“水稻矮化多分蘖基因DWARF 53的图位克隆和功能研究”获教育部2014年度高校十大科技进展。“阐明独脚金内酯调控水稻分蘖和株型的信号途径”入选2014年度中国科学十大进展。2012年入选科技部创新团队，2012年获得何梁何利基金科学与技术进步奖。