Các “chú lùn” lớp Lý 4A (1976–1980) trong tiết mục “Trống cơm”.
Năm 1975 mở ra một bối cảnh hoàn toàn mới. Sau khi đất nước thống nhất, các trường Đại học Sư phạm Hà Nội I và Hà Nội II của giai đoạn 1967–1975 được tổ chức lại tại Dịch Vọng. Đồng thời, một Trường Đại học Sư phạm Hà Nội II mới được xây dựng tại Xuân Hòa, Vĩnh Phúc; một số cán bộ của Khoa được điều động tham gia xây dựng đơn vị mới và nhiều cơ sở giáo dục ở các địa phương.
Khoa Vật lí bước vào nhiệm vụ kép: khôi phục, củng cố cơ sở đào tạo ở Hà Nội và cung cấp đội ngũ cho hệ thống giáo dục đang mở rộng trên toàn quốc. Nhiều cán bộ, cựu sinh viên của Khoa được tăng cường cho các trường sư phạm ở miền Trung, miền Nam, các cao đẳng sư phạm, viện nghiên cứu và cơ quan quản lý giáo dục. Tư liệu kỷ yếu 55 năm từng gọi Khoa là một “chiếc máy cái” của ngành giáo dục, thể hiện vai trò đào tạo và lan tỏa đội ngũ trong giai đoạn này.
Cuối năm 1974, thầy Vũ Thanh Khiết được cử làm Chủ nhiệm Khoa và đảm nhiệm giai đoạn 1975–1980. Từ năm 1980, thầy chuyển sang làm Phó Hiệu trưởng Nhà trường; thầy Nguyễn Hữu Mình đảm nhiệm Chủ nhiệm Khoa giai đoạn 1980–1988. Trong thời kỳ đổi mới cuối thập niên 1980 – đầu 1990, thầy Nguyễn Văn Khánh làm Chủ nhiệm Khoa giai đoạn 1989–1993. Các Phó Chủ nhiệm trong thời kỳ này gồm nhiều thầy như Vũ Như Ngọc, Trần Y Đức, Phạm Minh Châu, Đỗ Khắc Hướng, Nguyễn Phúc Thuần, Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Hữu Bạch và Nguyễn Ngọc Hưng.
Những năm bao cấp, đời sống cán bộ và sinh viên hết sức khó khăn; thiết bị, linh kiện, hóa chất và vật tư thí nghiệm khan hiếm. Nhiều cán bộ phải tham gia thêm các công việc sản xuất để cải thiện đời sống, từ lắp ráp thiết bị điện tử đến chế bản, in ấn. Song chính trong hoàn cảnh ấy, truyền thống tự lực về thực nghiệm được phát huy mạnh. Nhiều dụng cụ, mô hình và bài thí nghiệm được cán bộ, kỹ thuật viên tự thiết kế, sửa chữa hoặc chế tạo.
Về tổ chức chuyên môn, Khoa từng bước ổn định với bốn bộ môn lớn: Vật lí đại cương, Vật lí lí thuyết, Vật lí chất rắn – Điện tử và Phương pháp giảng dạy Vật lí. Cơ cấu này phản ánh khá đầy đủ ba trụ cột đã hình thành qua lịch sử: khoa học Vật lí cơ bản; Vật lí ứng dụng – điện tử; và khoa học giáo dục Vật lí.
Một bước phát triển có ý nghĩa chiến lược là đào tạo sau đại học. Từ năm học 1975–1976, Khoa mở hệ sau đại học hai năm. Năm 1980, Khoa bắt đầu đào tạo nghiên cứu sinh với các hướng Vật lí lí thuyết, Vật lí chất rắn và Phương pháp giảng dạy Vật lí. Năm 1991, hệ sau đại học chuyển sang đào tạo thạc sĩ với ba chuyên ngành tương ứng.
Giảng viên PGS.TS. Nguyễn Mạnh Thảo (bên phải) và sinh viên Khoa Vật lí tiến hành đo các thông số của nhiệt điện trở trong phòng thí nghiệm, năm 1986.
PGS.TSKH. Nguyễn Thế Khôi làm việc trong phòng thí nghiệm; thầy là Chủ nhiệm đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước về nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng nhiệt điện trở.
Nhờ đó, Khoa không chỉ đào tạo giáo viên phổ thông mà ngày càng trở thành nơi đào tạo giảng viên đại học, cán bộ nghiên cứu và chuyên gia khoa học giáo dục. Nhiều người học từ Khoa trở thành lực lượng nòng cốt của các trường đại học, cao đẳng, viện nghiên cứu, sở giáo dục và các trường phổ thông trên cả nước.
Giai đoạn 1975–1993 là chặng phát triển trong nhiều khó khăn nhưng có ý nghĩa nền tảng: cơ cấu chuyên môn được ổn định, đào tạo sau đại học hình thành, đội ngũ tiếp tục được mở rộng và Khoa khẳng định vai trò vừa là trung tâm đào tạo giáo viên, vừa là cơ sở nghiên cứu và đào tạo cán bộ khoa học.
