从1984年开始，张丽珠和她领导的研究小组就开始进行研究体外受精和胚胎移植技术(IVF-ET，俗称“试管婴儿技术”)。当时主要是考虑到病人的需要，作为临床医生，在接诊病人的过程中，很多人都是因为不育症来找到张教授。他们精神压力大，自卑、敏感、担心受到歧视，这影响了他们的工作和生活，也影响着夫妻感情和家庭稳定。
不育的原因有很多种，其中一个很主要的问题是输卵管不通。在正常的情况下，精子和卵子在输卵管碰头，结合成胚胎，继而在子宫腔内种植，那叫做怀孕。如果输卵管不通，精子和卵子碰不上头，就谈不上怀孕了。所以，这种情况下要想怀孕需要做体外受精和胚胎移植，让精子和卵子体外碰头，受精，形成胚胎，然后再把胚胎移植到子宫里去。这就是“试管婴儿”技术。对于不育症患者来说，这是一项能够使他们获得做父亲和母亲权利的技术。
1987年5月，一位渴望做母亲的乡村女教师从甘肃来到北京，找到了张丽珠。她叫郑桂珍，结婚20年一直没有生育。经过仔细检查，张丽珠发现她双侧输卵管堵塞，且患有结核性盆腔炎。张丽珠理解郑桂珍迫切的心情，一方面为她治疗盆腔疾病，一方面开始做试管婴儿技术的探索。
早在1978年7月，世界上第一例试管婴儿路易丝布朗就已经在英国剑桥诞生了。她是由妇产科专家斯戴普托和组织胚胎学专家爱德华合作研究的成果。此前在1960年美籍华裔学者张明觉曾用兔子卵体外受精，将胚胎移植到另一兔子的子宫内，成功地诞生了一窝小兔子。我国台湾于1985年4月，香港于1986年12月，也各有1例报道。不过这些都是外国的专家带着全套设备过去做的，而在国内，这些设备都不具备，这对于张丽珠来说，是一个相当大的挑战。
在当时仅有的几个成功案例中，所使用的取卵技术是腹腔镜取卵。但张丽珠和她的研究小组通过大量病例的调查研究，发现中国内地的情况与上述地区有所不同。中国内地的输卵管不通病症，特别是在北方，几乎有31.3%是由结核引起的。在这种情况下，如果使用腹腔镜取卵是不可行的，因此根本看不到卵巢表面，也就看不到哪有卵泡，因此必须要靠手进去摸到卵巢，摸出卵泡，才有可能成功取卵。因此，在开始时就说采用的开腹取卵的办法。
张丽珠和她的研究小组在给病人开腹治病的同时取卵，随后马上让卵子体外受精，第二天早上就可以看到精子卵子成功结合后的胚胎，胚胎在营养液中停留一天被植回母体。在当时设备简陋、技术不成熟的条件下，进行这样的试验，张丽珠和她的研究小组历经了许多艰辛。科研人员通常是拿着放在保温瓶内的几管刚吸出来的卵泡液，小跑穿过操场，送到组织胚胎教研组去寻找卵子。
而当时的培养液也全部都是自己配制、称重、测pH值和渗透压。器皿多次冲洗、消毒，反复使用。仅有的那几根阴道穿刺针，到最后用到针头钝了，就只能拿到钟表修理店去磨尖，直到针头上的罗纹都磨光才会丢弃。而就算是使用这样的针取卵，也没有出现感染和出血的情况。
后来，研究小组拥有了两间小屋，一间作为实验室，另一间作为取卵兼移植室。中国大陆首例试管婴儿就是在这种“一穷二白”的科研条件下成功了，最后在1988年3月10日在北医三院的手术室，这例中国的首例试管婴儿最终采用剖腹产成功诞生了。
