许在苏联的见闻令他流连忘返，于是他迁往莫斯科并帮助苏联开创现代遗传学这一新领域。但是，到了30年代中期，一个名叫特罗菲姆·李森科的江湖骗子得到了斯大林的注意和热情支持。李森科把遗传学称之为“孟德尔-魏斯曼-摩尔根学说”(以这一领域的奠基者命名)，并说这种遗传学是建立在一种不可接受的哲学基础之上的。而真正从哲学意义上正确的遗传学，应该遵从共产主义者的辩证唯物主义，这种遗传学将产生非常不同的结果。尤其值得一提的是，按照李森科的遗传学，将可能培育出一种新的冬小麦品种，显然，这对斯大林的强制性集体化农业导致的苏联经济倒退是个好消息。

    李森科的那些带有倾向性的证据是可疑的，他的大量的结论都是建立在自相矛盾的数据基础上，同时，他也没有进行什么严格的对照实验。然而，尽管李森科权势日隆，穆勒激烈地争辩说经典的孟德尔遗传学完全符合辩证唯物主义，但李森科崇信获得性遗传，而否认遗传的物质基础才是属于“唯心主义”的。穆勒得到了苏联农业科学研究院前任院长N·I·瓦维罗夫的强烈支持。

    在1936年，李森科已是苏联农业科学研究院的院长，穆勒在一次研究院的会议上作了振奋人心的发言，他说道：

    <span style="color:DarkGreen">如果杰出的专业人员都要去支持那些即使初通遗传学的人都会明白是非常愚蠢的，就像李森科院长和像他一样想的人最近所提出的那些观点和理论，那么，我们面临的选择就很类似于在巫术与医学、星象学与天文学或炼金木与化学之间作选择。

    在一个充满任意逮捕和警察恐怖的国家，说出这番话显示了他值得仿效的正直和勇气，也有人认为这是鲁莽的行为。在《瓦维罗夫事件》(1984年)中，苏维埃流亡历史学家马克·巴普斯基描述了这些发言“得到了整个大厅雷鸣般的掌声”，而且“被当时所有的列席者们深深地铭记在心”。

    三个月后，一位对一封广为流传的签有穆勒名字的信表示震惊的西方遗传学家访问了穆勒。那封信抨击了西方遗传学界盛行的“孟德尔-魏斯曼-摩尔根学说”，并呼吁抵制即将召开的国际遗传学会议。实际上，穆勒既没有看过这封信的内容，更不用说在上面签过名了。对此，他非常愤怒，并肯定是李森科捣的鬼。穆勒马上向《真理报》写了一篇斥责李森科的文章，并把副本寄给了斯大林。

    第二天，瓦维罗夫有些紧张地来见穆勒，并通知他，穆勒已经自愿为西班牙内战服务。穆勒写给《真理报》的那封信已使他处于非常危险的境地。他于次日离开了莫斯科，后来被告知，他刚好逃脱了秘密警察。但瓦维罗夫就没有这么幸运了，1943年，他死于西伯利亚。

    在斯大林及其后的赫鲁晓夫一如既往的支持下，李森科冷酷地压制着经典遗传学的发展。在60年代早期，苏联的学校使用的生物学教材里几乎不讲授关于染色体和经典遗传学的内容，这和现在的美国教材里几乎不讲进化论很类似。但是，苏联并没有培育出新的冬小麦品种，“辩证唯物主义”的咒语似乎并没有被作物的DNA听到；苏联的农业仍旧处于极端的困境之中。也许，正是由于这个原因，尽管今天苏联在许多科学领域中都处于世界前沿，但是，他们在分子生物学和遗传工程方面却是不可救药地落后，他们失去了整整两代现代生物学家。直到1964年，在苏维埃科学院(那时少数几个相对独立于党和国家领导的机构之一)的一系列争论和投票表决之后，李森科的学说才被推翻。在这场否定李森科的运动中，核物理学家安德雷·萨哈洛夫起了极其重要的作用。

    美国人对苏联的这种经历总是惊讶得连连摇头。对美国人而言，一些政府支持