محمد معين پس از ورود به تهران در دوره دکتراي زبان و ادبيات فارسي ثبت نام کرد. شهريور ماه 1321 در ميان خيل عظيم استادان و دانشجويان ، مراسم دفاع از رساله دکتراي زبان و ادبيات فارسي از سوي محمد معين انجام شد. استاد راهنماي او ملک الشعراي بهار بود . نتيجه جلسه اين بود:

« رساله آقا محمد معين از هر حيث قابل تمجيد و تحسين است و با قيد "بسيار خوب" تصويب مي شود و آقاي محمد معين در زبان و ادبيات فارسي ، دکتر شناخته شد. به ايشان تبريک مي گوييم...»

دکتر معين در همين سال (1321) با دختر امير جاهد، مدير سالنامه پارس ازدواج کرد که ثمره ازدواج آنها 4 فرزند بود.

... آشنايي دکتر محمد معين با استاد علي اکبر دهخدا ، سرآغازي براي يک کار عظيم ادبي ديگر بود ، يعني تدوين لغت نامه دهخدا. دکتر معين جايگاه ويژه اي نزد استاد دهخدا داشت به گونه اي که علامه دهخدا، در وصيتنامه اش نوشت : « به ورثه خود وصيت مي کنم که تمام فيشهاي چاپ نشده لغت نامه را که ظاهراً بيش از يک ميليون است و از الف تا ياء نوشته شده... به عزيزترين دوست من، آقاي دکتر معين بدهند که مثل سابق به چاپ برسد و اين زحمتي جانکاه ، حداقل معادل نصف تاليف است...»

همکاري با علامه دهخدا ، علاقه شديدي در دکتر معين ايجاد کرده بود که دست به تاليف فرهنگي جامع بزند که مانند دايره المعارفي بزرگ، نياز افراد مختلف را بر طرف سازد. او شروع  به فيش برداري کرد. از پيش هم حدود 300 هزار فيش تهيه کرده بود. دکتر معين براي تدوين فرهنگ فارسي نزديک به 400 نفر از دانشجويانش را به کار دعوت کرد. سپس به جستجو در شيوه هاي مختلفي که در دنيا رواج داشت، پرداخت سرانجام با تلاش فراوان ، چاپ فرهنگ فارسي در سال 1342 شروع شد...

اما... سرانجام در حالي که استاد از شدت بيماري وزنش به 17 کيلو رسيده بود، در نيمروز گرم سيزدهم تير ماه 1350 دفتر حياتش بسته شد.

از مرحوم دکتر معين مقالات و کتابهاي فراواني، همراه با تصحيح متون ادبي با حاشيه نوسي و اضافات ، ترجمه کتاب از زبانهاي عربي و انگليسي و زبانهاي باستاني به جاي مانده است. موضوع اغلب مقاله هاي دکتر معين، لغت و دستور زبان فارسي ، مباحث و مسائل ادبي ، تاريخ ادبيات و زبان ، تاريخ و فرهنگ ،  کتاب شناسي ،  فلسفه و ... است.