В Москву И. А. Ефремов приехал уже сложившимся палеонтологом, опытным геологом, руководителем труднейших экспедиций, кандидатом наук, автором 17 палеонтологических и геологических трудов и производственных геологических отчетов. Он полон энергии и творческих планов. Он проводит несколько экспедиций, пишет серию разноплановых палеонтологических работ. Постепенно в его научном творчестве центр тяжести смещается от описания остатков позвоночных к их практическому использованию как «руководящих ископаемых» для стратификации отложений. Тем самым ученый закладывает основы стратиграфических схем для расчленения континентальных пермских и триасовых отложений СССР. И здесь И. А. Ефремов оказывается в центре разработки важнейших практических задач: его схемы расчленения континентальных отложений по смене фаун позвоночных повсеместно применяются геологами при геологических съемках для поисков нефти в районах Второго Баку. К 1940 г. И. А. Ефремов обобщает результаты своих полевых наблюдений над распределением ископаемых остатков. Он тщательно собирает и анализирует различные литературные сведения и в результате приходит к выводам о закономерности формирования местонахождений вымерших позвоночных.
В 1936 г. И. А. Ефремов снова в экспедиции. На этот раз ученый исследует медистые песчаники Каргалииских рудников в поселке Горном, ведет поиски наземных позвоночных в районах Оренбургского Приуралья.
В 1937 г. в Москве состоялся XVII Международный геологический конгресс. Задолго до его открытия в столицу были перевезены Северодвинская галерея и другие экспонаты Геологического музея. Однако оказалось, что их негде разместить. По словам профессора Р. Ф. Геккера, самым решительным в этой ситуации оказался И. А. Ефремов [109, с.10]. Он написал письмо И. В. Сталину, в котором подчеркивал неоценимое значение коллекций и необходимость срочного предоставления помещения для Палеонтологического музея в связи с проведением конгресса. В качестве возможного варианта предлагались конюшни бывшего Нескучного сада. Письмо подписали ведущие специалисты института. Оно сыграло свою роль — в 1936 г. под музей была отдана меньшая часть конюшен. Иван Антонович вместе с сотрудниками активно участвовал в переоборудовании помещения и подготовке экспозиций Палеонтологического музея, который был открыт к началу конгресса.
Узловым вопросом работы Геологического конгресса стала пермская система. И. А. Ефремов выступил перед участниками с сообщением о наземных позвоночных верхней перми и нижнего триаса (эотриаса по тогдашней терминологии. — П. Ч.), предложив детальную стратиграфическую схему расчленения всего комплекса красноцветных отложений. Позднее, по мере накопления новых палеонтологических данных и обработки результатов геологических съемок, он уточнил схему и провел межконтинентальную корреляцию красноцветов по фаунам позвоночных. Его схема получила всемирное признание специалистов и с небольшими поправками и дополнениями существует и сейчас.
С 1937 г. И. А. Ефремов возглавил в Палеонтологическом институте АН СССР лабораторию низших позвоночных (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся), оставаясь ведущим специалистом по древнейшим наземным позвоночным. В этом же году он обследует пермские местонахождения Поволжья, в Татарии и в Приуралье. В 1939 г., помимо раскопок в Ишеево, он руководит Каргалинской геолого-разведочной партией, совмещая изучение медистых песчаников с поисками позвоночных. В этот же сезон он осматривает старые медные рудники Башкирии по рекам Белой и Деме. За сто лет до Ефремова здесь вели исследования В. Квален, английский геолог Родерик Мурчисон и его русские спутники по экспедиции. В этих районах была установлена пермская система. Мурчисон решил обозначить комплекс этих отложений «географическим именем, производным от древнего царства Пермия (Permia) и Пермской губернии, в пределах и составе которых были получены необходимые факты».
Как известно, И. А. Ефремов прошел курс практической горной науки в заброшенных подземных выработках Приуралья у старых потомственных штейгеров, работавших в шахтах еще в 60-х годах XIX в. Он любил старинное звучание русского языка и отработанную поколениями старых горняков и «геогностов» терминологию. Старая терминология звучала для него музыкой, он использовал ее в монографии о фауне медистых песчаников и в своем рассказе «Путями старых горняков». Иван Антонович, случалось, повторял начало геологического описания одного из обрывов по р. Белой, где во времена Мурчисона были найдены остатки позвоночных и где сам Ефремов лазал по обрывам в поисках костей: «К востоку от пригорода Бирска в естественном разрезе около 100 фут вышиной обнажены в восходящем порядке следующие пласты» [73, с.30]. При этом И. А. Ефремов с гордостью повторял: «Вот как писали раньше!» Не случайно на титульном листе монографии стоит посвящение «Безымянным горнорабочим старых медных рудников Западного Приуралья — первым открывателям фауны медистых песчаников».
Особенно плодотворным был для Ивана Антоновича 1940 г. Он описывает пресмыкающихся-котилозавров из Белебея в Башкирии, пресмыкающихся с низовьев р. Мезени, местонахождения которых в основном раскапывал и изучал Н. И. Новожилов, дает предварительное описание хищных дейноцефалов из Ишеева. Детально изучает черепа растительноядных улемозавров-мосхопсов, из Ишеева, впервые описанных А. И. Рябининым в 1937 г. Выдающимся достижением ученого явилось опубликование (в русском и зарубежном изданиях) обобщающей статьи об основах тафономии. Предварительное сообщение о тафономии И. А. Ефремов сделал в начале 1940 г. на совещании, посвященном 80-летию со дня выхода в свет книги Чарльза Дарвина «Происхождения видов». И. А. Ефремов отметил, что Чарльз Дарвин одним из первых обратил внимание на отсутствие переходных форм и подчеркнул неполноту геологической летописи. В этот же год И. А. Ефремов публикует диагнозы новых позвоночных из Приуралья, заканчивает совместно с А. П. Быстровым фундаментальную работу о лабиринтодонтах из нижнего триаса р. Шарженги. (После окончания войны авторы этой работы были удостоены дипломов Линнеевского общества в Лондоне.) Одновременно И. А. Ефремов активно участвует в издании «Палеонтологического обозрения» («Приложения к Трудам Палеонтологического института АН СССР»), где публикует полные обзоры важнейшей мировой литературы по древнейшим позвоночным.
В марте 1941 г. Иван Антонович защищает докторскую диссертацию на тему «Фауна наземных позвоночных средних зон перми СССР». Основное внимание в ней уделено новой для севера Европейской части СССР мезенской фауне пресмыкающихся и описанию растительноядного дейноцефала-улемозавра из Ишеева.
