金属研究所筹备处从北京搬到沈阳后，既没有办公地点也无住房，因此最早接住在东北人民政府重工业部招待所（现位于马路湾铝镁设计院，原重工业部的旧址），约一个月后，东北工学院（位于铁西的原沈阳机电学院旧址）将两栋刚建成的教授楼借给金属研究所筹备处，作为筹备处工作人员的临时住房。

　　1951年冬，研究所实验大楼——西大楼开始进行设计，受李薰委托，张沛霖在回国前曾收集并带回了一些国外相关研究所实验大楼的资料。在北京期间，他找到北京一家设计单位，以德国马普钢铁研究所（位于杜塞尔多夫）为原型，设计金属所实验大楼。该大楼于1952年5月20日正式开工，仅用不到7个月就建成，整体呈“U”形结构，总建筑面积9600平方米，接近当时沈阳最豪华的标志性建筑——市政府大楼的建筑面积。

　　与新的实验大楼一起建设的还有附属加工厂的机械、热工、冶炼铸造和配电等四个车间1760平方米、仓库800平方米、单身宿舍3000平方米，家属宿舍3100平方米，外加车库、食堂和锅炉房等，全部于1952年11月底完工。

1953年初，金属研究所实验大楼——西大楼建成

　　1953年初，一座灰白色的科研大楼屹然耸立在沈阳的南湖地区，而它的周围仍然是大片的农田。金属研究所不但是中国科学院在沈阳组建的第一个研究所，也是中国科学院成立后在全国范围内从无到有建立的第一个大型综合性研究所。

　　1952年是李薰最忙碌的一年，从实验大楼的开工建设，设备仪器的开单采购，到研究人员的招聘和选调，以及图书、杂志的采购订阅，今后研究方向的考虑和制订，等等，他从不懈怠。

　　1952年6月，金属所筹备处开设建立行政机构，10月开始建立研究机构，1953年4月，金属所全部人员陆续搬入新建成的实验大楼，正式开展研究工作。

周恩来亲自签发的任命通知书 

　　1953年4月3日，金属所召开了第一次所务会议，决定正式组建四个研究室：金属物理研究室、金属加工研究室、金属冶炼化学研究室、选矿研究室。1953年4月10日，由中央人民政府政务院总理周恩来亲自签发第7370号中央人民政府政务院任命通知书，任命李薰为中国科学院金属研究所所长。