萨缪尔森注意到了乘数论和加速原理相互作用的关系，他在导师的提示下巧妙地把两者合为一体，于1939年发表了他的处女作《[[乘数分析与加速原理的相互作用]]》，并首创经济波动的模型，指出政府开支对国民收入的重大作用。西方经济学界认为，这一开创性的研究是他在经济周期理论方面的重要贡献之一。

1940年，萨缪尔森受聘到麻省理工学院任教。第二年，他发表了《[[经济理论运算的重要性]]》的长篇论文，这是他的博士论文，并获得哈佛的威尔斯奖。这篇论文就是他在1947年纪念凯恩斯逝世一周年发表的《[[经济分析基础]]》的雏形。后来，他对别人谈起这一段经历时说，这篇论文中的许多概念和观点，早在芝加哥大学时就酝酿了。从这一点我们可以看出萨缪尔森严谨的治学精神。因为他完全以物理学观点和古典数学方法来引证、推理，因而该文被认为是数理经济学具有划时代意义的著作。同年，他受聘到美国资源计划局工作。