“双一流”建设是我国高等教育强国建设的战略安排，是我国高等教育发展的必由之路。“双一流”建设之一流大学建设高校，是高等教育强国建设的“领头雁”,研究一流大学建设高校科研创新效率，加快提升科学研究水平具有重大现实意义。本文以一流大学高校为研究对象，构建了突出科研产出质量和服务的综合效率评价指标体系，在传统DEA模型基础上运用随机前沿分析理论，通过三阶段DEA模型方法测度一流大学建设高校的科研效率，并进一步分析环境因素对科研效率的影响差异。研究结果表明：（1）环境变量和随机误差是影响一流大学科研效率的重要因素，我国一流大学整体科研效率存在虚高现象，剔除环境因素后样本高校综合效率和纯技术效率均值都明显下降。（2）地区经济水平、居民受教育程度和政府扶持力度对各个高校科研效率存在差异性影响，并据此将高校分为稳定型、发展型和改进型三类。（3）一流大学建设高校科研效率存在分化倾向，规模收益递减现象突出，其科研效率提升的关键是缩减规模、完善内部治理结构、优化资源配置，持续深化科研体系改革。