其时，欧洲列强经济上仍处于上升阶段，某些短视的西方人盲目自大，看不起从贫穷落后的中国来的学生，郑大章不免受到歧视。殊料第一学年过去，巴黎大学数学会考，名列年级第一的竟是中国来的郑大章！中国留学生考得第一，是这所欧洲名牌大学从未有过的事，以致当地一家报纸竟打出“耸人听闻”的标题：《法国的数学危险了》。郑大章为中国争了光，在我驻法使馆的帮助下，他获得了来自国内的奖学金。在巴黎大学第五学区一个小旅馆五楼那十来平方米的小屋内，郑大章夙兴夜寐，苦苦攻读。他最爱去的地方就是图书馆和实验室。

　　巴黎大学云集着一些世界知名的大学者和科学家，郑大章在这里受到严格的基础知识的训练和名师的熏陶。他的导师中，有一位曾对他一生的事业产生过巨大影响，她就是原籍波兰的法国物理学家、化学家居里夫人。她很欣赏这位勤奋好学的来自东方文明古国的学生，经常给予特别的指导。郑大章在取得学士学位后，立即来到学校的镭学研究所?居里楼，成为师从居里夫人学习放射化学的第一位中国研究生。

　　居里夫人这位两获诺贝尔奖、热爱和平的伟大女性，一贯奖掖后学，诲人不倦。她既在精神上鼓励郑大章为自己落后的祖国争气，又以自己在科学上的真知灼见影响着郑大章，并手把手地辅导他做实验、写论文。仅1931年12月，郑大章即有三篇论文发表在法国国家科学院院报上。1933年12月，以居里夫人为主席的巴黎大学理学院答辩委员会一致通过郑大章的博士论文，郑大章获得法国国家理化博士学位。

　　一个月后，郑大章以年迈的双亲常在梦中，故乡的河山时时萦怀为由，向居里夫人辞行返国。居里夫人当然极力挽留她的这位中国籍高足，认为法国有一流的科研条件，今后可大展宏图。但在明了了郑大章矢志报国的决心后，她也就欣然同意。1935年初春，郑大章携自重庆大学来法攻读数学的长沙姑娘萧晚滨踏上归国的旅程。

　　在北平中山公园的来今雨轩，郑大章和萧晚滨举行了隆重的婚礼。蒋介石曾专门接见他们，并拨出一笔可观的休息费。但郑大章却企盼立即投入工作。新婚燕尔，他即应先他回国的学长严济慈（时任国立北平研究院物理研究所所长）的邀请，筹建镭学研究所。

　　镭学研究所筹办之初，由严济慈兼所长，郑大章任副所长实际负责。所谓的“所”，实际上就是三间平房，缺人少钱短设备。刚届而立之年的郑大章，硬是凭着一个爱国青年的闯劲和一个科学家所具有的恒心和毅力，筚路蓝缕办起了镭学所。

　　镭是一种放射性金属元素，存在于些矿石和矿泉中，含量极为稀少。镭的放射性穿透力很强，可用来破坏物体组织并杀死细菌，治疗癌症，还能寻找石油资源，探索岩石成份，其应用十分广泛。为了开垦中国镭学和放射化学这块处女地，郑大章带着几个年轻人，查资料、订计划、找仪器、寻设备，辛苦奔波，反复实验，终使研究所初具雏形。例如，当时人们对锕系元素和铀-镭系元素并不十分清楚，郑大章通过一次又一次的实验，测定了沥青铀矿石中钋对铀的放射性比例，从而论证了铀锕系元素和铀镭系的放射性分枝比值。再如，实验中必需的铀矿石是郑大章通过比利时驻华使馆从其殖民地刚果托运来的。他的一系列新的研究成果和实验论文在中、法一流的学术杂志上发表，他首创的“水法”找矿，国外一直沿用到20世纪60年代。

　　卢沟桥事变后不久，华北的一批汉奸受日本侵略者唆使，组织伪“政府筹备处”。王揖唐是郑大章祖父的表弟，1918年他出任众议院议长时，曾任用郑伯衡管理总务。故北平沦陷后王揖唐担任伪“华北政务委员会委员长”时，力邀晚辈郑大章担任伪“教育部长”，不意被郑大章断然拒绝。1938年底，郑大章和助手、留法时师从居里夫妇女婿约里奥?居里的杨承宗等秘密离开日伪严密控制的北平，到上海租界中继续从事镭学研究。在异常困难的条件下，他们从大量铀盐中分离制出很强的新β放射源，发现了β射线的吸收系数随放射源周围物质的性质而改变，由此形成背散射法鉴别不同支持物质其及厚度的理论。

　　1941年8月14日，郑大章于穷困潦倒中因心脏病突发不幸逝世于苏州，时年37岁。