民国35年（1946年）5月3日至民国37年11月12日，远东军事国际法庭对发动侵略战争的日本军国主义进行正义审判。审判日本甲级战犯的远东军事国际法庭由美国、中国、法国、苏联等11个国家组成，中国国民政府选派国民政府立法院外交委员会主席梅汝璈作为东京军事法庭的中国法官，向哲浚为军事法庭的中国检察官。但梅汝璈、向哲浚在东京办案受挫，在这危难时刻，点名要求聘请刚从美英两国考察司法回来的倪徵日奥 参与其审判工作。民国36年10月，经国民政府同意，倪徵日奥 以中国检察官首席顾问的身份接受重任。
　为取得法庭上的胜利，倪徵日奥 四处奔走收集证据。查证工作历时7个多月。在大量罪证面前，那些战争恶魔，受到法律制裁。在法庭的最后宣判中，法官历时8天，宣读长达1200多页的判决书，判处7名主要战犯绞刑、16名战犯无期徒刑、1名战犯20年徒刑、1名战犯7年徒刑。东条英机、松井石根、土肥原贤二、板垣征四郎、武藤章、木村兵太郎、广田弘毅等战犯均被判处死刑。
　　倪徵日奥回国后，国民政府先后以司法部次长、最高检察长的高位相聘，倪徵日奥厌恶腐败政府，拒绝做官，决心回归学校教育，过平静的书斋生活。
　　民国37年（1948年）至1954年，倪徵日奥 任上海东吴大学教授兼法律系主任，1949年后，兼任该校教务长。1954年6月至1956年4月，在上海同济大学图书馆任主任兼俄文教员。1956年暮春，兼任中华人民共和国国务院总理、外交部部长的周恩来电邀倪徵日奥 到北京，倪徵日奥 举家北上，担任外交部条约委员会专门委员，开始从事外交工作。　　
　　1971年，中华人民共和国重返联合国后，倪徵日奥  多次作为代表出席国际海洋法大会。1981年，在联合国第三十六届大会上，他当选为联合国国际法委员会委员。
　　1984年11月7日，第三十九届联合国大会和安理会分别投票选举国际法院大法官，倪徵日奥以绝对多数选票顺利当选，1985年2月6日，在海牙和平宫宣誓就职，成为新中国历史上第一位享受国际司法界最高荣誉的国际法官。1994年2月5日任期满，历时9年，卸任时已近88岁。
　　1994年深秋，倪徵日奥为缅怀其姑毌办学之德，出资2万元在黎里镇中心小学校园内建造一座“王倪寿芝纪念亭”，并亲自撰写亭匾与碑文。
　　2000年10月，美国斯坦福大学法学院宣布，为表彰倪徵日奥 的杰出成就，在该院设立“倪征日奥国际和中国法律奖”，在该院长廊的墙上镶嵌一块刻有倪徵日奥 名字的铜牌和他的照片。94岁的倪徵日奥 亲临阔别71年的母校，接受母校和美国贝克-麦肯思国际律师事务所颁发的特别证书。
　　2003年春，倪徵日奥得知黎里镇中心小学举办百年校庆活动，当即致信表示捐赠5万元，并为母校题写“百年校庆纪念册”书名。
　　倪徵日奥 身为国际法研究院院士，在国际法学界有着崇高的声望和深厚的学术造诣，他编纂出版许多在国际上有重大影响的法律著作，其主要著作有《美国和英国的司法制度》《领海宽度问题的历史和现状》《关于国家管辖豁免的理论和实践》等，他1964年出版的《国际法中的司法管辖问题》一书，则成为国际法领域的经典著作。