陈永川教授于1994年4月放弃在美国的固定工作和优厚的生活条件，回国到南开数学研究所任教授。他的回国在国内以及海外的留学生中引起了很大的反响，受到国家、天津市和南开大学的重视，各种新闻媒体争先报道。同年，获得美国李氏基金会的学术成就奖。95年荣获首届国家杰出青年科学基金，受到李鹏总理的接见。96年获得国家教委科技进步一等奖，同年被评为天津市十大杰出青年。97年获得联合国教科文组织“侯赛因”青年科学家奖，并受到了天津市委书记张立昌和国家教委主任朱开轩的接见。98年获得国家教委霍英东奖，中国“五四”青年奖章，中国青年科技奖，并作为中国科研教育界的代表出席北戴河“科教兴国”座谈会，受到江泽民、李鹏、胡锦涛等党和国家领导人的接见。

1996年陈永川教授创办了国际数学杂志AnnalsofCombinatorics(《组合年刊》)，并担任执行编委。此杂志与世界上最大的科技出版社，德国斯普林格出版社合作，在国际同行的通讯评议中被评为最高质量的刊物(topqualityjournal)。上届费尔兹(Fields)奖获得者Gowers现已被聘为该刊物新一任的编委。这份刊物为中国组合数学界在世界领域内开创了一个重要的学术阵地。

天津市政府、国家教委、国家自然科学基金委员会、天津市教委、天津市科委、南开大学以及国内外学术界的广泛支持下，1997年11月，陈永川创立了南开大学组合数学研究中心。他本着高起点、高水平、高速度的发展策略，在很短的时间内把“中心”办成了一个有国际影响的研究机构，每年都有国际著名学者来中心长期工作，直接参与中心的教学和科研工作，这里还凝聚了一批既有坚实的理论基础，又有实干精神的青年学者，学术气氛浓厚。该中心有希望成为有重要国际地位的组合数学研究基地。陈省身先生评价说“陈永川的组合数学中心办得很先进，很成功”。1998年，李岚清副总理、国家教育部部长陈至立、国务院新闻办公室主任赵启正、天津市委书记张立昌、天津市市长李盛霖等领导都先后到组合中心来视察工作。

陈永川从事的主要研究领域有组合计数理论、构造组合学、形式文法、对称函数理论、计算机互联网络、组合数学在数学物理中的应用等，并取得了许多重要的研究成果，他的一项研究成果被称为"陈氏文法"。陈永川先后在国际一流学术刊物上发表论文40余篇。他的科研成就和学术水平已经获得国际学术界的认可，同行认为他是"世界最领先的离散数学家之一"。1996年陈永川在南开数学所成功的举办了组合数学学术年,1997年和1999年又成功的举办了“组合复兴”大型国际会议。

陈永川教授在积极开展个人的科研和教学工作同时，把建设中国自己的组合数学研究基地，看成是一个更高层次的目标。他为研究生讲授了“组合数学中的概率方法”、“组合恒等式的机器证明”、“排列与树”、“组合计数”等核心课程，在研究论文方面，还开设了q-级数(q-series)以及组合结构(combinatorialstructures)的研讨班，指导学生的研究工作，成果显著。