Після закінчення інституту в 1931 році був залишений на кафедрі мінеральної технології асистентом і аспірантом, де продовжує активно займатися науково-дослідною роботою.
Свою першу наукову працю В.І. Атрощенко надрукував разом з І.Є. Ададуровим у 1933 році “Установка для одержання оксидів азоту при камерних і башених системах виробництва сульфатної кислоти”. Рекомендації й дослідження цієї наукової роботи потім були впроваджені в хімічну промисловість України.
У 1932 році В.І. Атрощенко призначається деканом технологічного факультету Одеського хіміко-технологічного інституту. Він одночасно активно займається громадською роботою і наполегливо продовжує свої наукові дослідження. Закінчується Одеський період навчання, наукової та педагогічної роботи. В.І. Атрощенко одержав глибокі професійні знання, навички наукової й виробничої діяльності, що дозволило викласти результати цієї роботи ще в 5 наукових публікаціях.
У 1935 році за рекомендацією проф. І.Є. Ададурова, який з 1933 року працював завідувачем кафедри технології мінеральних речовин у Харківському хіміко-технологічному інституті, В.І. Атрощенка переведено до цього вузу і призначено на посаду асистента.
У 1937 році успішно захищає кандидатську дисертацію на тему “Кінетика абсорбції оксидів азоту розчинами лугів”, стає доцентом кафедри, а в 1938 році В.І. Атрощенко призначається завідувачем кафедри технології неорганічних речовин, якою він керував безперервно до 1986 року.
Таким чином, В.І. Атрощенко одержав початкову освіту в об’ємі п’ятикласного училища, потім навчався ще рік у вищому початковому училищі. Далі навчавсяна вечірніх 2-річних профтехнічних курсах майстрів азотної й коксобензольної промисловості. Вищу інженерну освіту одержав в Одеському хіміко-технологічному інституті. За цей період він отримав початкові навички виробничої роботи, було закладено фундамент для подальшої наукової діяльності і сформована творча особистість науковця, педагога, громадського діяча.
У цей період великий вплив на формування особистості науковця В.І. Атрощенка зробив талановитий учений в області теоретичного й прикладного каталізу, великий фахівець у галузі основної хімічної промисловості проф. І.Є. Ададуров, якого Василь Іванович вважав своїм вчителем.
Таким чином, у 1935 році В.І. Атрощенко приходить в інститут, який має давні й глибокі традиції в області фундаментальних досліджень, підготовки інженерів-технологів з хімічних спеціальностей, наукових і педагогічних кадрів, громадського життя. Поєднання безпосереднього впливу особистості проф. І.Є. Ададурова і традицій у науці й освіті у вузі дозволили закласти надійний фундамент формування В.І. Атрощенка як науковця, педагога, громадського діяча.
Формування особистості науковця закінчується напередодні другої світової війни. У цей час В.І. Атрощенко захистив кандидатську дисертацію, став доцентом і завідувачем кафедри технології неорганічних речовин Харківського хіміко-технологічного інституту (1938 р.).
Закінчується остаточно формування В.І. Атрощенка як ученого, педагога, організатора науки й виробництва в роки Великої Вітчизняної війни. У цей важкий час повністю сформована особистість вченого, який аналізує, осмислює одержані наукові результати, робить висновки і відстоює свої наукові погляди та ідеї.
Виконані доцентом В.І. Атрощенком разом із співробітниками наукові розробки в м. Чирчик (Узбекистан) на електрохімічному комбінаті були удостоєні Менделєєвської премії і стали основою його докторської дисертації, яка була захищена в 1945 році в м. Харкові за темою “Деякі шляхи розвитку виробництва нітратної кислоти й використання для цієї мети кисню”. В.І. Атрощенку присуджується науковий ступінь доктора технічних наук і присвоюється вчене звання професора.
На протязі своєї багатолітньої наукової діяльності акад. В.І. Атрощенко підтримував зв’язки і співпрацював із великою кількістю вищих навчальних закладів, науковими установами академії наук, галузевими інститутами. Але ще на початку трудового життя він зіткнувся з промисловим виробництвом, його проблемами й труднощами, коли працював лаборантом на хімічному заводі, а потім і студентом-практикантом після першого курсу інституту.
Перший досвід із відстоювання своїх поглядів В.І. Атрощенко одержав, при вступі на навчання до інституту. Він здав успішно всі екзамени й останнім залишився екзамен із хімії. Хімію він любив, добре її знав і питання випало улюблене: азот. Відповідав енергійно, захоплено, ілюстрував записами реакції. Але екзаменатор обірвав його, обізвав фантазером, вигадником, що хімії не знає й поставив “двійку”. В.І. Атрощенко наполягав на своєму, у всьому розібралися й дозволили перескладати екзамен авторитетній комісії, яка прийшла до висновку, що абітурієнт знає хімію на “відмінно”. А щодо того екзаменатора – з’ясувалося, що він був спеціалістом по дріжджах.
Інший досвід В.І. Атрощенко одержав під час праці практикантом на Костянтинівському хімічному заводі, коли авторитетний керівник запропонував використовувати нові умови проведення технологічного процесу без достатньої наукової й дослідної перевірки. У цьому випадку В.І. Атрощенко скорився наполегливості керівника, його авторитету.
Через декілька хвилин після виконання вказівок керівництва стався вибух. Після розрахунків і дослідження нових умов цех почав із застосуванням нової сировини працювати ще краще і з високою якістю продукції. Ці випадки зробили значний вплив на становлення В.І. Атрощенка як наукового дослідника, одержання досвіду з упровадженням своїх ідей.
З використанням досвіду співпраці з промисловими підприємствами на кафедрі технології неорганічних речовин Харківського хіміко-технологічного інституту проф. І.Є. Ададуровим було змонтовано й встановлено установки для синтезу NH3 під тиском до 30 МПа, одержання рідкого повітря і синтетичного CH3OH. На кафедрі була електролізерна система для одержання O2 і H2. Разом з установкою для одержання азоту з рідкого повітря, електролізер дозволяв одержувати NH3 з елементів. У результаті діяльності І.Є. Ададурова лабораторії мали обладнання для дослідження каталітичних, абсорбційних і адсорбційних процесів. Це обладнання й установки дозволяли навчати студентів за сучасними методами виробництва зв’язаного азоту, кислот, лугів і солей, давали можливість вивчати умови інтенсифікації цих виробництв.
У 1933–1938 роках науково-дослідна робота на кафедрі виконувалась під керівництвом проф. І.Є. Ададурова. За цей час виконано ряд робіт для промисловості, які присвячено дослідженню каталітичних процесів у сірчанокислотному виробництві й процесів зв’язаного азоту. Колективом кафедри для промисловості винайдено активний хромовий і хромованадієвий каталізатори виробництва H2SO4. Досліджено близько 30 каталізаторів для окиснення NH3, із яких сплав Pt-Rh-W запропоновано для впровадження у виробництво.
Виконано роботи з дослідження кінетики абсорбції оксидів азоту розчинами лугів і кінетики окиснення NH3 повітрям, збагаченого киснем. Це дозволило підвищити до 50 % продуктивність установок HNO3. У содовій промисловості проведено роботи з дослідження процесів очищення розсолів в аміачно-содовому виробництві і досліджено кристалізацію бікарбонату натрію NaHCO3.
Усі ці дослідження були безпосередньо спрямовані на вирішення проблем промислового виробництва і молоді науковці одержували вагомий досвід з упровадженням наукових розробок у реальне виробництво.
Влітку 1941 року під керівництвом В.І. Атрощенка було розроблено запалювальні пристрої для пляшок із запалювальною сумішшю, які використовувались для знешкодження танків. Запальники були виготовлені зі скляних трубок, в які заливалася суміш металевого калію й натрію, котрі мали найменшу температуру замерзання. Трубки закупорювали і їх кінці перекривали гумовими пробками для безпечного зберігання. Потім у пляшку з горючою рідиною заливали близько 5 % Н2О, закріплювали запальник і пляшку закупорювали. Під час розбивання пляшок об тверду поверхню калій і натрій взаємодіяли з водою і горюча суміш запалювалася.
Такі запалювальні пляшки були досліджені військовими і визнані найкращими при випробуваннях. Їх виробництво було швидко організовано і застосовувалися вони для боротьби з танками.
Найбільш значний досвід практичної діяльності В.І. Атрощенко отримав у роки Великої Вітчизняної війни, коли Харківський хіміко-технологічний інститут був евакуйований у м. Чирчик (Узбекистан). Інститут окрім навчання студентів і підготовки фахівців активно включився в роботу – забезпечення виробництва необхідної військової хімічної продукції. Кафедра ТНР запропонувала на електрохімічному комбінаті збільшити випуск HNO3 – сировини для вибухівки. Необхідно було конструктивно удосконалити агрегати, що дозволило би використовувати повітря, збагачене киснем, для інтенсифікації хімічних процесів, за рахунок збільшення продуктивності обладнання. З цією метою із працівників комбінату й викладачів інституту була укомплектована творча бригада в складі І.Р. Лоренс, М.Н. Набієв, І.С. Галінкер, В.І. Конвісар, А.І. Зайцев, В.А. Клевке, Е.М. Ейдельман під керівництвом доц. В.І. Атрощенка.
Співробітники бригади самі майстрували різні пристрої, знаходили точні частки речовин, які вступають у реакцію, виконували безліч хімічних аналізів, прискіпливо перевіряли якість готової продукції – HNO3. Випробування способу на одному агрегаті на протязі місяця дали добрі результати. Добова продуктивність установки виросла приблизно в 1,5 раза і складала більше 70 т кислоти. Але коли на цей спосіб перевели усі агрегати цеху і вирішили без дослідної перевірки в процес додати електролітичний кисень, який одержують при хімічному розкладанні H2O, то сталася аварія: всі платинородієві каталізаторні сітки були зруйновані частинками KOH, який був присутній у O2.