1950年，20岁的侯伯宇递交了入党申请书。1951年，他被组织派往东北师范大学学习俄文。1953年，因为新中国工业建设迫切需要既懂外語又有数理基础的人，侯伯宇放弃了回清华大学继续读书的愿望，赴辽宁鞍山黑色冶金设计院翻译科做俄语翻译。1956年，为了实现科学报国的理想，他考取了西北大学物理系。后来，他又以数学100分、物理99分的优异成绩，考入中国科学院数学研究所攻读研究生。1973年，为了支援西部建设，他回到西北大学工作。
　　侯伯宇为教育科学事业追求了一生、奋斗了一生、创造了一生。他长期奋斗在国际理论物理研究前沿，取得了具有国际先进水平的科学成果，在国内外著名学术刊物上发表论文200多篇，出版专著两部，有多篇论文在国内外同行间产生了极大影响，并被广泛引用。他曾多次参加国际学术交流，多次受邀出席国际学术会议，应邀到多所世界著名学府讲学，在多个国际著名科研机构开展合作研究。他曾4次获得国家级科技奖励，其中包括全国科学大会奖一项、国家自然科学奖二等奖两项、国家自然科学奖三等奖一项。
　　20世纪50年代后期，侯伯宇致力于群论在物理学中的应用研究，解决了国际权威未能完成的重要定理的证明。1983年5月，侯伯宇与美国布鲁克海文国立实验室乔玲丽博士合作，推导出一系列非定域守恒流的结果，运用对偶变换找到了给出所有无穷多个守恒流生成元的办法。这一研究成果，被国际学术界冠以“H-变换”或“侯氏理论”。杨振宁等科学家用“非常漂亮”“强有力的”等词语，高度称赞侯伯宇“作出了开创性的贡献”。
　　2006年，76岁的侯伯宇向“数学中的几何Langlands纲领如何在量子场论和弦理论中实现”，这一国际数学物理前沿的交叉领域进行冲击。2007年8月，侯伯宇唯一的儿子和心爱的孙子在加拿大遭遇车祸。他忍着失去独子独孙的巨大悲痛，继续去研究所工作。第三天，他又站在讲台上，给学生们上课。他不但没有减少课时，反倒比过去上得更多了。2007年到2008年，侯伯宇承担的前沿动态研究课，竟然达到了600个课时。
　　2009年11月，侯伯宇患上了膀胱癌。确诊后，他说自己承担的那个科研项目更重要，便谁也没有告诉，就先去北京参加学术会议了。住院后，他曾问医生能否为他争取5年时间，让他把科研课题做出来。然而，手术后仅仅一个多月，他的病情就恶化了。病痛中，他依然放不下科研课题。在人生的最后时刻，他还满怀豪情地写下，“以创新湮灭顽疾之痛苦，以毕生之余力完成科学登顶”。
　　2010年10月6日，侯伯宇因病医治无效，与世长辞，享年80岁。西北大学师生自发地在学校草坪广场举行烛光悼念活动。学生们用蜡烛摆放出“侯老先生，一路走好”的字样，表达了对这位老人的由衷敬仰与无限哀思。