在中科院高能所的40年，王焕玉从事高能物理、粒子天体物理和宇宙射线探测研究。2001年到2014年，是王焕玉最忙碌的一段时间，他不仅担任所党委书记，还承担多个工程项目。
2003年起，王焕玉领导探月工程有效载荷X射线谱仪、硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星有效载荷和地面应用系统、暗物质粒子探测卫星硅阵列探测器等项目的研究和研制。此外，2011年HXMT卫星工程立项，王焕玉担任地面应用系统总指挥、卫星系统副总指挥兼有效载荷总指挥。
这期间，王焕玉承担的每一个工程项目都是严峻的任务。
他领导开展的探月工程有效载荷X射线荧光探测是一项开创性科学工作，在我国尚属首次。他带领团队自主研制嫦娥一号、嫦娥二号X射线谱仪和嫦娥三号粒子激发X射线谱仪期间，国外封锁、国内缺乏参考资料，但在重重困难中，自主研制最终成功。我国首颗HXMT卫星“慧眼”亦于2017年成功发射，实现我国空间X射线天文卫星“零的突破”。
曾经一年工作364天
在此期间，工作几乎是王焕玉的全部。张承模说，最忙的时候，王焕玉曾经一年365天中364天都在工作，从天亮做到天黑。
高能所副研究员曹学蕾回忆，自2002年嫦娥一号X射线谱仪项目预研开始，相关技术几乎完全没基础，王焕玉作为党委书记，白天忙完，晚上才有时间，因此基本每天在食堂吃晚饭后都会去实验室一起调试电路。那段时间，王焕玉几乎天天晚上11点半回家，早上7点前又坐班车到所里上班。
高能所研究员卢方军说，HXMT卫星工程立项后，暗物质粒子探测卫星硅径迹探测器分系统也立了项，两个项目均因国内基础差等原因而进度落后。彼时，空间科学先导专项一开会，高能所就“挨批”，首当其冲的就是在台上做汇报的王焕玉。卢方军称，自己和其他技术人员低头躲着，而王焕玉没处躲也不能躲。但他受了憋屈，，回头对着技术人员还是和颜悦色的，丝毫没有表露委屈。
