El 1936 entrà a treballar a l'empresa IG Farben a la ciutat de Leverkusen, on va treballar en la producció de cautxú sintètic. El 1940 fou designat professor de tecnologia experimental de química i productes químics a la Universitat de Colònia i director de l'Institut de Química.
Al costat d'Otto Paul Hermann Diels aconseguí descobrir la síntesi diènica o reacció Diels-Alder. Aquesta consisteix en una reacció en la qual un diè, compost amb dos dobles enllaços, s'afegix a un compost amb un doble enllaç flanquejat per grups de carbonil o carboxil, el que conforma una estructura anellada.
