大三学实变函数论，他以自学为主，读经典著作。有了实变函数论的基础，很快进入康托尔集合论，钻研点集拓朴。由于成绩斐然，1947年10月他经推荐去欧洲，到巴黎留学。此系他取得前期业绩的一段黄金时光。在示性类及斯延洛德运算方面取得关键成果，称为“吴（第一）公式”所揭示的不仅影响以后的拓朴学及其有关领域的发展。还开辟了新方向。
1949年通过答辩，他获得法国国家博士学位。同年秋天，应H.嘉当邀请入巴黎法国国家科学研究中心工作。在微分流形上引入了一类示性类。建立了施替费尔，惠特尼示性类彼此关系式，国际上将此称为吴（第二）公式。陈省身对此作了高度评价，认为这对纤维丛示性类研究做出了划时代的贡献。
为国竭心尽力
父亲的爱国情操同样滋养着吴文俊的成长。在南洋大学期间，日寇侵华，学校迁至租界，正始中学奖学金停发，成了汉奸系维新政府成员的正始中学校长陈群，欣赏吴文俊的数学才能，亲自找到陈文俊，说要资助他读书，被陈文俊严词拒绝。父母亲正直诚实的为人言教身传地塑造着他的人格：他认真诚挚，以礼待人，以诚待人，平易近人，淡泊名利，治学严谨，从不浮燥。而大量的文史书籍又唤起了他对古代圣人英雄人物挥斥方遒韬略的向往，英雄情结就此深系心中。也正是这双重教育铸造的崇高的爱国激情，使声名赫赫的吴文俊放弃了国外优越的条件毅然返国。他于1951年7月返回上海，1952年进中国数学研究所，成为中国大陆最有国际声望的数学家之一，全世界数学界都关注他的工作。
即使是在文革时期进入批林批孔阶段，他也没有放弃研究。数学所号召学一点历史，吴文俊机智地抓住机会，名正言顺地大肆学习数学历史并进行了大量的研究，他的数学史研究论文《中国古代数学对世界文化的伟大贡献》提出了创造性见解，就这样，他在人人自危的政治动乱里异于常人地获得丰硕成果，使中国数学史研究进入了崭新的阶段。他开拓弘扬中国传统数学文化道路，以史为据运用科学方法向世界阐明展示了中国古代数学的光辉成就，雄辩地澄清中国古代是否存在有价值的数学的疑问，肯定中国在世界数学科学中的位置。
改革开放后他更是如虎添翼，步履坚实快速。1984他担任中国数学会理事长，1990年进入数学机械化研究中心，92年任国家攀登项目“机器证明及其应用”首席专家。93年获陈嘉庚数理科学奖，94年获香港求是基金会“杰出科学家奖”。1997年《初等几何判定问题与机械化问题》在《中国科学》上发表，实现了高效的几何定理的机器证明。数学机械化为数学科学的发展提供导向，开展此项研究，将影响整个数学研究的方法与途径，也将影响整个数学的思想与认识。他在数学机械化研究方面的开创性贡献使他荣获国际自动推理领域最高奖——“赫布兰自动推理杰出成就奖”，获国家最高科学技术奖。
