1959年，赤崎勇升任名古屋大学讲师，1960年晋升为副教授。在此期间，他聚焦半导体材料研究，尤其关Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的特性与应用。1969年，他正式成为名古屋大学教授，主导建立了半导体材料研究室，将研究重心转向氮化物半导体领域。
1981年，赤崎勇开始系统研究氮化镓GaN材料。当时，GaN因制备难度大、p型掺杂问题未突破，被认为难以实现实用化。1986年，他带领团队首次成功制备出高质量GaN单晶薄膜，决了材料生长的关键瓶颈；1989年，通过创新掺杂技术，他实现了p型GaN的有效掺杂，攻克了蓝色LED开发的核心难题，为后续器件研发奠定了物质基础。1992年，赤崎勇从名古屋大学退休，被授予名誉教授称号。此后，他转任名城大学教授，继续指导氮化物半导体研究，直至2000年正式退休。他的研究成果推动了蓝色LED的商业化进程，深刻改变了照明、显示等领域的技术格局。
在学术荣誉方面，赤崎勇先后获得日本学士院奖1998年、文化勋章2001年等日本最高学术与文化奖项。2014年，因“发明高效蓝色发光二极管，带来了节能明亮的白色光源”，他与天野浩、中村修二共同荣获诺贝尔物理学奖，成为日本第22位诺贝尔科学奖得主。