當永利堿廠生產正常，營業擴展，有了盈余之後，范旭東轉向新的領域。1929年1月，范旭東向南京國民政府提出資助2000萬元建設"國立酸堿廠"的申請，但未能如願。1930年12月，南京國民政府將工商、農礦兩部合並為實業部時，制訂了十項實業計劃，其中有辦硫酸（即硫酸銨）廠一項。消息傳出，英國卜內門公司和德國藹奇顏料工業公司表示願與中國合辦硫酸銨廠。但在商談中，外方提出了極為苛刻的條件，商談破裂。
范旭東得不到政府支持，便轉而求助于金融資本，取得了上海商業儲蓄銀行、浙江興業銀行、金城銀行、中國銀行、中南銀行和交通銀行的資助，加上永利制堿公司積累的資本，于1933年11月2日呈請實業部備案，自辦硫酸銨廠。經當時的行政院會議批准，1934年3月永利旗下的南京铔廠成立，設計能力為年產硫酸銨5萬噸。
為了勘測廠址，范旭東親自率隊先後考察過湘潭、株洲、馬鞍山、上海，最後選擇了南京長江北岸江蘇省六合縣的卸甲甸。鑒于過去建設堿廠的經驗，范旭東在國內掌管全局，侯德榜去美國負責采購和設計，所有對外的合同都委托當年幫助過永利堿廠的李國欽為代表出面簽訂。
和建設堿廠時一樣，為了節省投資，不引進成套設備，只擇優關鍵單機，如煤氣爐、合成塔引自美國，高壓機引自德國。至于輔助設備，多是從國外拍賣市場處理品中挑選來的。凡在國內、廠內能制造的機器設備，均自己解決。30個月後，這座工廠于1937年2月5日投產，一次成功，生產出了第一批硫酸銨。硫酸銨可以生產硝酸，制造炸藥。當時中日之間已經劍拔弩張，戰事一觸即發。在這個時機建成這個化工廠，其軍事意義是不言而喻的，國人也為之振奮。范旭東在《記事》里寫道："列強爭雄之合成氨高壓工業，在中華于焉實現矣。我國先有純堿、燒堿，這只能說有了一翼；現在又有合成氨、硫酸、硝酸，才算有了另一翼。有了兩翼，我國化學工業就可以展翅騰飛了。"幾個月後，抗日戰爭爆發了。
范旭東在經營企業的同時，還創辦了中國第一家專門的化工科研機構黃海化學工業研究社。"黃海"的經費來自久大和永利的企業利潤，但是"黃海"並不從屬于久大和永利，而是一個獨立的研究機構。范旭東將"黃海"視為他畢生的第三大事業。哈佛大學化學博士孫學悟受聘主持社務。黃海化學工業研究社脫胎于久大塘沽鹽廠的化驗室，開始主要利用精制食鹽余下的鹵水制取硫代硫酸鈉，以及生產咸味刷牙水和漱口水等，後來又利用永利堿廠的副產品生產碳酸鈣、碳酸鎂。它出產的明星牌牙膏（也帶有鹽分），在抗戰前後一個時期內獨步市場，風行一時。范旭東曾提出："黃海應該是我們的神經中樞。"也就是說，他特地設立了一個研發機構，來作為企業發展的智力源泉，這是非常有遠見的作為。