1929年，朱森发表了《江苏西南部山脉之研究》一文，对下石炭统地层作了进一步的详细划分，创立了“高骊山砂岩”、“和州石灰岩”这两个地层名称。1930年，他又与李四光联名发表了《栖霞灰岩及其相关地层》（英文）一文，对中、下石炭统地层作了进一步细分，创立了“金陵石灰岩”、“黄龙石灰岩”这两个地层名称。这些成果，是在早年来华的德国地质学家Ｆ．李希霍芬及10多年前中国地质学家丁文江工作的基础上有了很大的突破与创新。

1933年，他又发表了《金陵石灰岩之珊瑚和腕足类化石》这一专著，描述详细，图版清晰，共记载了珊瑚化石3属8新种，腕足动物化石11属23种，其中有1新亚属——“始分喙石燕”和12个新种，此书堪称朱森在古生物学上的代表作。由于朱森在古生物学、地层学上的卓越建树，在他逝世以后，深为后学者所纪念。1942年，徐煜坚曾创立一个类新属，以朱森命名，叫“朱森”，此属以后为陈旭加以修订。1948年，曾鼎乾又创立了一个以朱森命名的珊瑚化石新属——“朱森珊瑚”。

在构造地质学、大地构造学方面，朱森也是成就卓著。他1932年调查皖南地质时，曾发表了《记安徽南部海西运动幕》（英文）一文。同年他调查广西地质时，发现下石炭统燕子组与上泥盆统地层间之不整合，因而创立了“柳江运动”这一地壳运动名称。1934年，他与李捷联名发表了《广西中部马平市附近地层并记述“马平石灰岩”》（英文）一文，对“柳江运动”作了进一步的说明，并附有地层剖面与素描。同年，他与李毓尧联名发表了《湖南宜章艮口之地质及其与南岭造山作用之关系》（英文）一文，创立了“湘粤运动”、“艮口运动”这两个地壳运动名称。

朱森参加李四光领导下的对宁镇山脉地质研究的大项目，得到极其重要的成果，堪称该地区区域地质学之权威性著作。1932年，朱森与李四光联名出版了《南京龙潭地区地质指南》一书，该书中英文对照，并附有1幅7500分之一的彩色地质图，是研究该区地质之重要工具书。朱森与李毓尧、李捷合写的巨著—— 《宁镇山脉地质》 一书于1935年以《国立中央研究院地质研究所集刊第十一号》的形式出版，该书图文并茂（共387页附6图版，20照相图版，79插图），阐述透辟，深得地质学界赞许，该书中又提出了“茅山运动”、“金子运动”、“南象运动”三个地壳运动名称。