1919年8月，陳鶴琴回國了，不久就任南京高等師範學院教授。1920年12月26日淩晨，29歲的他初為人父。
他拿著照相機對著繈褓中熟睡的嬰兒連連拍照，然後用鋼筆在本子上記下了嬰兒從出生那一刻起的每一個反應：兒子出生後2秒，就開始大哭，延續了10分鍾，以後間接地哭，45分鍾後哭聲停止；兒子連續打了6次嗬欠，漸漸睡著了；10個小時後，兒子流出了自己人生的第一泡尿……
盡管時值嚴冬，但他心中卻是一片春光，幸福無比。他知道，自己正與新生兒一道，將完成一項具有開創性意義的實驗。他將兒子作為對象，深入觀察了808天，用文字和拍照詳細記錄了下來，就是為了研究兒童心理學。他為自己兒子起了個響亮的名字：一鳴。
在這個實驗中，他自己的家就是實驗室；母親和妻子就是得力助手；兒子則是工作對象、實驗中心。他將808天的觀察和實驗結果分類記載，文字和照片累計了十餘本，然後將這些記錄和研究心得編成講義，開始在課堂開設兒童心理課程，甚至有時還會將自己可愛活潑的兒子抱進課堂作示範。
陳鶴琴是我國最早將觀察實驗方法運用於研究兒童身心發展規律的教育家。他的觀察文字和攝影記錄，所研究出的有關幼兒動作、好奇心、模仿力、遊戲、言語能力、記憶力、想象力及知識、能力、思維發展的特征和意義，是他日後研究和論述兒童心理、兒童教育、兒童遊戲和玩具、兒童道德教育、家庭教育等方麵的重要佐證。
他的朋友、教育家陶行知評價他說：“陳先生得了這個實驗中心，於是可以把別人的學說在一鳴身上印證，自己的學說在一鳴身上歸納。”
他通過親身經曆、觀察和實驗，將兒童心理特點進行了歸納，並提出101條教導原則。他還主張：家庭教育必須依據兒童心理和生理發展規律；想教育好兒童，先學會如何做父母。