在教训了一方之后，韦弗开始和另一方理论，告诉密立根鲍林的忧虑以及对化学系的计划。他说，这个年轻人在长时间的等待中仍保持了清醒的头脑，这难能可贵，而且鲍林对于洛克菲勒基金是十分重要的。他请求密立根能够理解。
在韦弗回到纽约之后，密立根和鲍林开始对话，意在确定一种双方都能够满意的体制。在诺伊斯去世几乎一年后的4月份，鲍林将好消息通知了韦弗。“在与您谈话之后，我找到密立根教授，决心消除我们之间的隔阂。我们没费什么功夫就达成了共识，我相信每个人都会满意的。”鲍林当然是满意的。他将保留系主任和系务委员会主任的头衔，他的工资将提升到9000美元。
在别人的忧惧惶恐之中，鲍林顺利地担当起了系主任的角sè，这主要应该归功于他沿用了诺伊斯的行政管理体系，并把主要的jīng力放在了自己的科研工作上。作为系主任，他需要抛头露面，外出旅行，讲演，提高学校的知名度，并吸引大笔的赞助。其他的一切事务都委派别人去做。他说：“作为行政管理人员，我出于某种原因，养成了把几乎所有事情都交给别人去办的习惯。”他让自己以前的研究生斯特迪文特当了自己行政方面的助手。这一选择十分正确，因为斯特迪文特务实、果断——他负责化学系的仪器车间，在日常行政事务之外还设计并制造了一些jīng密的化学仪器设备——在一个教授的记忆中，他是“我所认识的人中最能干的一个”。
大多数其他的日常决策都由系里的一些常设委员会来制定。甚至连新的系务理事会机构这样一个棘手的问题，也非常容易地解决了：对任何新教师的录用或是别的重大决策，鲍林并不采取所有教师投票的办法，而是通过小范围的投票来解决。在此，鲍林同样显示了他的才干：在投票之前，鲍林都会先去试一试水温，通过非正式的谈话达成一致意见，这样就避免了许多公开的争论。教师会议简短有效，多数教授喜欢这种形式。
在获得系主任提名后的几个星期，鲍林在给一个朋友的信中写道：“非常感谢你关于我的新职位的来信。我不知道将来会怎么样，但是到目前为止事情并没有朝坏里发展，因为除了在一些最无关痛痒的事情以外，我都成功地逃避了任何责任。”
关于鲍林“独裁”倾向的忧虑看来是言过其实了。也许全系的科研重点有所转移——诺伊斯偏好的是无机物理化学，而鲍林注重的是新的生物有机化学——但是教师们很快就意识到，不会发生什么大的变动。系里的生活平稳、和谐地延续着，至少在表面上看来如此。
只有少数例外。托尔曼，作为诺伊斯的好朋友，客客气气地和鲍林保持着距离；在客套之外，他们的关系再没有热络起来。另外一个是唐·尤斯特，一个固执己见、独来独往的无机化学家。鲍林记得他“有些跟我作对”，也许是因为尤斯特对化学系的重点偏离自己的领域心怀不满，也许是因为鲍林对上回尤斯特没能找到他所预言的氙化合物仍耿耿于怀。尤斯特在加州理工学院一直呆到退休，经常和鲍林对着干，在系里的许多决策中他是唯一的反对票。他也不刻意隐瞒自己对鲍林的敌意，有时候发展到两人一句话也不说的地步。
除了这些偶然事件外，加州理工学院化学系在鲍林的领导下不仅生存了下来，而且进一步壮大。两年之后，鲍林骄傲地向韦弗报告说，化学系的研究生数目从25个增加到了45个，博士后的数量也翻了一番。学生们拥向加州理工学院，不仅因为诺伊斯创建了一个强大的化学系，而且因为现在鲍林是掌门人。他以自己的化学键和分子结构思想推动着化学的发展，在前面领路。30年代中期的一位研究生维纳·舒梅克说：“许多学生是因为听说过鲍林的名字，所以才到加州理工学院来。他也没有让任何人失望。他总能创造一个接一个或大或小的奇迹。”理查德·诺伊斯，依利诺伊大学化学系主任的儿子，在30年代末本可以到任何一个研究生院去学习，然而他选择了加州理工学院，因为它“欣欣向荣，……是世界上学习结构化学的最佳场所。”那时候，鲍林的学生，所有化学系的学生，都觉得自己是一个jīng英集团的一分子。鲍林的过人智慧和个人风格造就了这种特殊感。他并不隐身于办公室，只有在研讨会发言或者主持会议时露露脸。他现在不必担心自己牢固的地位，时常在走廊里走动，把脑袋探进实验室，和任何一个碰见的人聊聊天、开开玩笑。新生原来以为会遇见一个拒人于千里之外。令人肃然起敬的伟人，然而却发现他友好、随和，而且异常年轻——他只比多数研究生大十岁——他询问他们的兴趣，倾听他们的想法，坦率地谈论自己的看法，而且最令人惊奇的是，他能平等地对待他们。他邀请学生和博士后到自己的家里听唱片，吃早点，在感恩节共进晚餐。有时，他们还替鲍林看孩子。他率领他们到沙漠去野营。鲍林的风格随意奔放——西部风格——与别的总是以先生或教授称呼的化学系大异其趣。在加州理工学院，在鲍林的轨道上，真实、创新、领先的化学既令人兴奋，又让人感到充满了乐趣。
系主任一职在鲍林身上也产生了一种中和的作用。爱娃有了鲍林新的工资作后盾，更加刻意地将他打扮得符合他的新职务。她为鲍林买了更加昂贵的西服，把他打扮成加州理工学院的时装模特儿。鲍林在讲课的时候也不再斜依在讲台上。与路易斯在一起时，两人也更加班配，令路易斯欣喜万分。
鲍林浑身是劲。在36岁的时候，他在自己选择的领域中成名，领导着世界上最强大、最有影响的化学实验室。他靠自己的努力取得了这一切。他非常高兴。
这种情绪洋溢在他的脸上，渗透在他走路的姿势里。从他的一位助手埃迪·休斯在30年代末拍摄的家庭录像中，我们可以看到鲍林和朋友们在威尔逊山上，低着头，两手背在身后，陷入沉思，也许在思考着一个化学难题。但是没有紧张的感觉；他自在地溜哒着，四肢放松，怡然自得。一般的科学家总是一本正经的，即使在最放松的时候，也让人觉得有些滑稽。然而只要相机一转向鲍林的方向，他马上会咧开嘴，脸上绽放出灿烂的笑容，活像一个钓到大鱼的中学生。这笑容已成为鲍林的“商标”。
科里
在等待系主任职位的一年中，鲍林没有停止旅行、演讲、教学，他以令人瞠目结舌的速度发表了一篇又一篇的学术论文，几乎每三到四个星期就有一篇：对于血红蛋白更进一步的磁性研究，对于有机和无机分子结构的更广泛的涉足，关于染料sè彩的新理论，还有对金属结构的新认识。他与布莱特·威尔逊合着的量子力学教科书出版了。他还计划写一本关于自己的共振理论在有机化学上应用的书，并且与自己以前的一位学生韦兰德已经完成了几个章节，但是在其他琐事的压力之下，这本书最终没有能够完成。
然而，他的首要目标是解决蛋白质的结构问题。他开始在几个层次上同时着手。阿斯特伯里在1937年5月访问了帕萨迪纳。他同鲍林进行了探讨，并给他看了角蛋白一些最新的x射线照片。两人在蛋白质是一条长链这点上意见一致，然而对深层结构产生了分歧。鲍林说：“我当然了解利兹的阿斯特伯里有关角蛋白结构的文章——毛发、兽角、指甲等等。但是我知道阿斯特伯里的观点是错误的……因为我们通过简单分子的研究获得的键长、键角和氢键结构的知识足以让我们推翻他的观点。但是当时我还没有找到正确的答案。”
同伯纳尔和其他的英国蛋白质x射线晶体学家一样，阿斯特伯里试图直接通过复杂的x射线衍射来解决蛋白质结构的问题。鲍林仍然喜欢他在研究硅酸盐矿物时十分奏效的随机法：尽量获取有关物质大小和形状的数据，推断将其结合在一起的化学键形态，运用以上信息制作jīng密的模型，然后检验这一模型是否符合x射线数据。
他决定对角蛋白也采用这一方法。角蛋白是由氨基酸构成的，但是令人遗憾的是，对于这些相当复杂的分子，没有像样的x射线结构分析。鲍林认为，即使没有理想的结构数据，他对于相关分子的认识也足以让他推测出氨基酸是如何互相联结在一起构成阿斯特伯里的阿尔法角蛋白的。鲍林的假设中很重要的一条是基于他从前的一种观点，即肽键具有相当程度的双键特性，这样就限制了其两侧原子的转动，使它们处在同一个平面上。这一认识，加上对氨基酸大小的基本概念和对氢键重要性的认识，就构成了鲍林研究的起点。
1937夏天，鲍林一直被这个问题困扰着。他尝试了一种又一种氨基酸链的排列方式，以符合阿斯特伯里的x射线数据，并包含尽可能多的氢键。他试图建立一种互相纠结在一起的平面带状结构，就像阿斯特伯里提出的那样；但是不管他怎样排列，都无法满足x射线的数据。他试图将结构设想成是三维的；但还是不行。主要的问题是，阿斯特伯里的数据显示在氨基酸链上，每隔5.1埃（一埃等于一千万分之一毫米）将会出现一个重复的构造。鲍林的模型无一能满足这一条件。
到了9月份，鲍林放弃了努力。也许他对于氨基酸构造的设想是错误的。也许他从别的分子结构中借用的键长和键角不适用于蛋白质。也许肽键不是平面的，而可以扭曲。也许他对于氢键的认识是错误的。
只有通过jīng确地确定单个氨基酸的结构并确认它们互相联结的方式才可能回答这些疑问。鲍林已经让一个研究生加斯·埃尔布莱希特培养供分析用的氨基酸晶体。但是仅靠一个研究生的才能是远远不够的：氨基酸比用x射线分析过的任何有机分子都大得多，复杂得多——甚至连甘氨酸，最简单的氨基酸，也含有排列复杂的十个原子——而且成功需要远见、技巧以及多年的辛勤劳动。他上哪里去寻找这样一位既有技巧又有毅力的人呢？
命运将身材瘦削、其貌不扬的罗伯特·科里带到了鲍林身边。科里是全国为数不多的jīng通蛋白质晶体衍射的科学家之一。1924年他在康奈尔大学获得博士学位，接着在洛克菲勒医学研究院协助拉尔夫·威科夫用x射线来分析从豪猪刺到结晶血红蛋白的形形sèsè的蛋白质。当威科夫的实验室由于机构tiáo整被取消后，科里拿到了一年的工资、从威科夫那里要来的所有仪器和一封推荐信。1937年4月，鲍林收到科里的一封信，询问能否自带仪器和薪水到帕萨迪纳来工作一年。鲍林当然不会反对，但是告诫科里说，很有可能没有足够的经费永久性地雇佣他。
当鲍林遇见科里时，他可能有些迟疑。科里看上去不止40岁，身材瘦长，头发稀疏，留着一撮胡髭。他小时候患过严重的小儿麻痹症，没能很好地恢复；他的腿瘸得厉害，要靠拐杖才能走路。他性格腼腆，超过了鲍林喜欢的程度——鲍林后来说他是“一个没有脾气的好人”——但在交谈了一会儿之后，鲍林就发现科里对x射线晶体学了如指掌。科里还有另外一些特殊的品质：他含而不露，实际知道的比他说出来的要多得多。他告诉鲍林，他已经开始对甘氨酸结构作第一步研究。鲍林后来回忆道：“他和我共同决定，他将研究确定某些氨基酸晶体和简单的缩氨酸的结构。”接着他更正了自己的说法。“说是他和我共同作出这一决定并不正确。很有可能他早已下定了决心，只不过他巧妙地让我同意了他的观点，让我觉得这是我们共同的决定。后来我了解到他jīng于此道。”
两人从此将开始一段长期卓有成效的合作。
绝对正确的帕萨迪纳研究
科里来校后不久，鲍林就接受了康奈尔大学的邀请，以乔治·费希尔·贝克讲座主讲人的身份前往康奈尔大学作为期4个月的访问。这一身份具有崇高的声望，讲课人要对某一专题举行一系列讲座，并由康奈尔大学出版社作为贝克系列丛书中的一种出版。鲍林选择的题目是化学键的本质。他在9月底和爱娃一起来到了伊萨卡，将孩子们——12岁的小莱纳斯，6岁的彼得，5岁的琳达和3个月前刚刚出生的爱德华德·克莱林——托付给朋友们照管。他们住进了康奈尔大学的泰鲁菜得楼。爱娃庆幸自己能够暂时摆脱一帮孩子的纠缠，这也是他俩十年前第一次去欧洲之后她和丈夫单独在一起最长的一段时间。鲍林夫妇尽情享受这段美好的时光，出席招待会和晚宴，还不时到纽约去听一场最新的音乐会或是去跳舞。
躲开了系主任的日常事务，鲍林有充裕的时间来完成一个已经酝酿了很久的大项目——将自己有关化学键的所有思想写成一本书。贝克讲座是他的出发点，但是最终的内容将更为广泛。在伊萨卡逗留的几个月时间里，他写出了初稿，并在1938年回到理工学院之后对手稿进行了扩充。
《化学键的本质和分子及晶体的结构：现代结构化学入门》在1939年出版，立刻成为一部经典的著作。它的读者对象是高年级的化学专业研究生，但是其影响远远超出了教科书的范围。这部著作将改变全世界科学家对化学的认识。以往，化学被视作以一些实用公式描述的经验数据的大杂烩，但鲍林在此书中首次用一种物理理论——鲍林对于化学键的量子力学思想——统一了这一切。阐述化学键的性质如何决定分子结构，分子结构又如何决定化学性质，按照马克思·佩鲁茨的说法，鲍林首次“使人们理解了化学，而不用死记硬背”。在书中，鲍林还向化学家们介绍了x射线和分子衍射这两种确定原子键长和键角的重要工具，并通过这些工具来揭示化学键的本质。在这本书出版之前，很少有化学家注意到神秘的晶体学；在这本书出版之后，没有化学家再敢忽视其价值。
这本书条理清晰，使用的语言也是化学家喜闻乐见的。鲍林故意剔除了几乎所有的数学公式以及量子力学的详细推导过程，而注重描述现实世界中的实例。书中到处是分子的结构示意图；尽管涉及的内容很广泛，但是十分通俗。
这本书的出版立即引起了热烈的反响。一封来自依利诺伊大学教授的信代表了多数读者的想法：“我忍耐不住激动的心情，提笔向您表示祝贺。我觉得这是我读过的最出sè的化学著作之一。”鲍林将此书献给路易斯。路易斯写道：“我刚过完一个短假。我随身携带的书包括几本侦探小说和你的‘化学键’，而后者更为令人着迷。”再说，此书的销售情况也很好。
很快，《化学键的本质》一书成为全国大多数最好的大学采用的标准教材。它后来共出了三版，被翻译成法语、日语、德语、俄语和西班牙语，在几乎30年的时间里一再印刷。这本书将成为新一代化学家的圣经，并成为科学史上被引用最多的参考书之一。
在1939年，只有一个人对这本书提出了批评意见。这本书通篇的口气绝对自信，哈佛大学的化学家基斯塔科夫斯基在《美国化学学会学报》上发表的一篇大体肯定的评论中忍不住说：“鲍林博士如此成功地解决了本领域中的许多问题，所以可以理解他在书中流露出来的认为帕萨迪纳研究成果绝对正确的态度和他有些像教皇般的口气。”
与鲍林一起进行血红蛋白研究的合作者查尔斯·科耶尔读到了这句话。当他在校园里又一次看见鲍林的时候，他高声地向“教皇莱纳斯一世”致意。鲍林觉得这个称呼非常有趣，但是提醒他说，在罗马天主教早期已经有一位叫莱纳斯的教皇，所以更贴切的称呼应该是教皇莱纳斯二世。
当鲍林在1938年年初从康奈尔回到加州理工学院的时候，他发现科里在这几个月的时间里，在对氨基酸结构的研究上取得了惊人的进展。在失业yīn影的压力下，科里日以继夜地工作着，在甘氨酸结构上的研究已经接近尾声。鲍林惊喜万分，同意科里继续他的研究工作，并将研究范围扩大到二酮哌嗪，由两个甘氨酸组成的环状结构，以获得有关肽键的知识。
科里jīng力充沛，一丝不苟，并创新地运用了许多x射线分析的新技巧。他很快就攻克了二酮哌嗪的结构，随后又在1939年与加斯·埃尔布莱希特合作，详尽地描述了甘氨酸的结构。这两篇论文成为蛋白质结构理论发展的里程碑。
科里将在加州理工学院度过其学术生涯的后二十年，成为鲍林x射线实验室里的得力助手。他们两人的性格迥异，而正是这种差异使他们的科学合作获得了巨大的成功。科里的长处是细致、jīng确，逻辑严密，这正好填补了鲍林理论灵感的火花和跳跃性思维留下的空缺。科里谨慎，鲍林果敢；科里性格内向，鲍林脾气爽朗；科里出言谨慎，鲍林性急口快。鲍林冲在前面，满脑子都是蛋白质的宏伟构思；而科里总是耐心地去获取所需的x射线数据，并一再劝戒鲍林不要冒失地发表尚不能肯定的观点。
他们的合作可谓是珠联璧合。
1938年5月16日，鲍林作为加州理工学院化学和化学工程系主任，在公开场合第一次发表了重要讲话。这是新落成的供有机化学研究的克莱林实验室的捐献仪式。实验楼共有6层，地下3层，地面3层，把化学系和生物系联结在一起。由鲍林牵头，向洛克菲勒基金提出的赞助申请很爽快地得到了批准——加州理工学院将在五年时间里获得25万美元，包括招聘新教授的经费，购置克莱林实验室专业设备的款项，以及鲍林自己的结构化学项目的每年1万美金——能将诺伊斯身前最后一个项目变成现实，鲍林感到十分自豪。参加仪式的人群中有加州理工学院的所有最高领导，以及南加利福尼亚地区许多有钱有势的男男女女。
鲍林的讲话简短扼要。他站在露天的讲台上，春风吹拂着他的头发。他谈到了将在新的实验室里进行的研究工作，说在这里一小群科学家将探索“对人类生命具有深刻影响的知识，而对这些知识的认识才刚刚起步。……以及研究化学结构和生理活动的关系……”。捐助这幢楼的爱德华德·克莱林是一个退休的钢铁巨头，他用更朴实的话说出了自己的期望：“……如果这种研究不能找到什么仙丹的话，那么至少可以更好地了解生命的过程，可以为人们带来更加健康、更加长寿的幸福生活。”人们对他俩的讲话报以礼貌的掌声。接着鲍林一一同现在和潜在的捐款人握手，最后才开始动手将仪器设备搬进新的实验室。
克莱林实验室标志着跑林生活中新的一章的开始。实验室的完成不仅扩大了他的实验场地，而且进一步确立了他的领导地位。他能够为实验室配备最优秀的人才，最现代化的设备——x射线光谱仪，超高速离心机，电子衍射仪——并以此将化学推向新的方向。他对实验室和捐助人满意之极，以至于与爱娃商量，将他们的新生儿取名为爱德华德·克莱林·鲍林，让所有人都颇感意外。（鲍林说：“护士建议给孩子取名为卡布斯，我们没有同意。”）
他们的家庭生活也进入了一个新的阶段。现在有了四个孩子和较高的薪水，鲍林夫妇需要、也承担得起一所大一些的房子。就在克莱林实验室落成后不久，他们在离校园5英里的威尔逊山下买了一幢房子。房子很漂亮，占地两英亩，面对一条峡谷，景sè壮丽。他们开始规划梦幻家园——一幢结构随意的加利福尼亚农场风格的建筑，两翼厢房按一定角度联结在一起，正面是砖坯墙面。设计以适宜居住为本，不图外形美观。室内sètiáo，冶人，客厅内有一个很大的壁炉，到处是书橱，还有很多场地供孩子们游戏。有6间卧室（四个孩子每人一间，鲍林夫妇一间，女仆一间），客厅旁有一间鲍林的书房，还有为爱娃准备的大厨房和园地。鲍林积极参与了设计的每一步骤，并向建筑师提出了许多不同寻常的要求。其中之一是鲍林的书房要求被设计成晶体的形状：八边形，周围是书架，一面能够看见峡谷。另一建议要求两翼厢房的夹角正好是104.67度——碳的正四面体键角角度。设计师满足了他的第一个要求，但是劝说鲍林放弃了第二个想法，因为设计起来实在过于复杂。最后双方妥协，将角度改为120度，苯的键角角度。
所有这些都很费钱，但是鲍林出得起。9000美元的年薪在大萧条时期是一笔巨款。在穷苦中长大，并度过十多年研究生和低级教员清贫生活的鲍林决心好好地花钱，并且花出些样子来。作为对自己获得系主任一职的最后奖励，他给自己买了一辆时髦漂亮的林肯西风轿车。日后他将越来越钟情于飞车。
克莱林实验室完工之后，寻找科学家的任务就显得重要起来。最初的打算是聘用一位世界级的资深有机化学家来辅助鲍林，一个能够吸引资助和学生的人物，这样可以尽快保证项目的成功。另外，洛克菲勒基金还有足够的钱来招募一两位有前途的青年科学家。
资深有机化学家一职有些问题。科南特显然不可能，而鲍林又看不上其他的美国学者，韦弗只好派人到欧洲去招贤。他和鲍林花了一年时间向苏格兰有机化学大师亚力山大·托德大献殷勤。托德有相当成功的历史，而且他的结构观点正好和鲍林的观点相符。他们出钱邀请他来加州理工学院住了六个月，希望南加利福尼亚的暖流和热情会发挥通常的魔力。然而在访问之后，托德决定还是呆在英国。后来，鲍林对一位匈牙利科学家拉斯罗·泽希迈斯特产生了浓厚的兴趣。他的特长是运用一种最近被再次发掘出来的sè谱法对有机分子进行提纯和研究。这一技术将有机分子溶解在溶剂中，并让它们穿越一个固体，如一张纸或是纯净的硅石。取决于溶剂和使用的固体，有些分子移动得快，有些分子移动得慢；最后纯净的形式可以被完全分离出来。“泽希”（这是别人对他的称呼）对胡萝卜素特别感兴趣，这些大分子给胡萝卜和西红柿染上黄sè和红sè。胡萝卜素是与非蛋白质结合的分子——同血红蛋白中的毗咯一样，它们具有单键和双键相间的结构——鲍林对它们的结构和sè谱法这种有用的工具很感兴趣。尽管韦弗的反应并不热烈，认为这个匈牙利人的知名度太低，难以引来别人的赞助，鲍林还是聘用了泽希。这一决定好坏参半。泽希将sè谱法引进美国，并使它成了一种被广泛使用的实验室重要工具。但是他没有什么学术上的雄心壮志，无法同托德日后取得的巨大科学成就相比。
在青年学者方面，韦弗推荐了卡尔·尼曼，一位青年蛋白质化学家，他早在洛克菲勒医学研究院期间就为自己赢得了声誉。鲍林非常喜欢他，也乐意聘用他。接着鲍林竭力建议聘用一对兄弟，r·r·威廉姆斯和r·j·威廉姆斯，他们的研究兴趣包括维生素b。不过当韦弗表示“不怎么十分满意”时，鲍林退缩了，转而聘用了威廉姆斯兄弟的一个青年合作者埃德温·布克曼来填补第二个空缺。
在担任系主任的一年里，鲍林证明了自己具有惊人的领导才能，而且与诺伊斯的风格截然不同。诺伊斯在幕后默默地团结大家将一个又一个宏伟的计划付诸实施，改变了科学教育的方式，并建立了一个将美国的科学水平提高到世界水平的学院。他是独一无二的国王。鲍林敢于冒险，富有洞察力和创见，更为野心勃勃，自己的科研和形象也极为成功，他将给加州理工学院化学系打上自己的印记。
没有人称鲍林为国王。比较相近的一个称呼是莫斯基1938年从洛克菲勒医学研究院听来的。莫斯基写道：“哦，顺便跟你说一句，那天我和伽瑟（研究院的新任院长）谈论起你。他称你是‘怪杰’。我希望你不会感到自己将因此受累。”