Tomonaga 1941-ben lett a Bunrika Egyetem (későbbi nevén Tokiói Tanárképző Egyetem) fizikaprofesszora, ebben az évben kezdett a kvantum-elektrodinamika problémáival foglalkozni. A II. világháború alatt a nyugati tudósoktól elszigetelve dolgozott, de 1943-ra befejezte és közzétette kutatási eredményeit. Munkáját csak a háború után, 1947-ben ismerték meg Nyugaton, nagyjából ugyanakkor, amikor Feynman és Schwinger saját eredményeit közölte. Kiderült, hogy különböző megközelítéssel mindhárman ugyanarra az eredményre jutottak, és nagyobb változtatások nélkül oldották fel a régi elmélet következetlenségeit.
Tomonaga 1956-tól 1962-ig a Tokiói Tanárképző
Egyetem elnöke volt, a következő évben a Japán
Tudományos Tanács elnökévé nevezték
ki. Egész életében aktívan küzdött
a nukleáris fegyverek elterjedése ellen, sürgette, hogy
az erőforrásokat a nukleáris energia békés
alkalmazására fordítsák. Angol fordításban
is megjelent legfontosabb munkái: Quantum Mechanics (Kvantummechanika;
1962) és a (Development of Quantum Electrodynamics: Personal
Recollections (A kvantum-elektrodinamika kidolgozása: személyes
emlékeim; 1966).