1999年7月—2000年1月，任浙江大学农业工程与食品科学学院常务副院长。

2000年2月—2001年2月，历任美国阿肯色州立大学、美国马里兰大学访问教授。

2001年3月—2005年7月，任浙江大学农业工程与食品科学学院常务副院长。

2005年7月—2008年11月，任浙江大学生物系统工程与食品科学学院常务副院长。

2008年，获得“国家自然科学基金委杰出青年科学基金”资助。

2009年3月—2010年11月，任浙江大学农业生命环境学部副主任。

2010年11月—2014年4月，任浙江大学农业生命环境学部副主任、党工委书记。

2013年6月—2013年11月，任浙江大学竺可桢学院常务副院长。

2013年10月起，任浙江大学校长助理、国际联合学院（海宁国际校区）建设发展委员会办公室主任。

2014年，入选浙江省特级专家；4月起，任国际联合学院（海宁国际校区）（筹）常务副院长、学术事务部部长。

2015年，入选浙江省特级专家；7月起，任浙江大学党委常委、副校长。

2017年4月—2020年8月，任浙江农林大学校长。

2018年，当选为欧洲科学与艺术学院院士。

2020年，当选为国际农业与生物系统工程科学院院士。

2021年，当选为国际欧亚科学院院士。

应义斌主要从事生物图像和生物光电工程技术应用；基于计算机视觉、红外成像和红外光谱分析的生物物料品质无损检测技术；农产品品质实时智能化检测和分级机器人技术；生物生产机器人；农产品、食品安全检测生物传感器；农产品、食品的质量与安全溯源技术和装备；车辆的计算机视觉自动导航技术；数字设施农业技术和设施农业精准作业装备等方面的科研工作。

据2023年1月浙江大学官网显示，应义斌已在中国国内外学术期刊上发表SCI收录论文200余篇，其中IF>5的论文30余篇，并有近30篇论文发表在国际农业工程期刊《美国农业工程学报（Transactions of the ASABE）》上，H指数32。

据2023年1月浙江大学智能生物产业装备创新团队网站显示，应义斌已获得国家技术发明二等奖1项，教育部技术发明一等奖2项等奖项。

2019年9月10日，应义斌在浙江农林大学2019级新生开学典礼上勉励全体新生：“要不断地学习深度思考与独立判断，在思考与判断中持续成长，蝶变成为勤于思考、善于判断、全面发展的时代新人，在这个‘读书做学问的好地方’，放飞理想、绽放青春、拥抱未来，成就最好的自己。”

据2023年1月浙江大学智能生物产业装备创新团队网站显示，应义斌已为中国国内外研究生和本科生开设课程16门，所讲授课程有“生物物料品质无损检测技术”、“农业与生物系统工程新技术专题”、“农产品加工工程专题”、“生物系统工程学科导论”、“工程师修养seminar”、“农业机器人概论”、“生物物料加工工程专题”、“农业工程新技术专题”、“学科导论”、“生物生产机器人”等。

2002年，应义斌创建了中国第一个生物系统工程本科专业和生物系统工程二级学科博士点。

据2023年1月浙江大学智能生物产业装备创新团队网站显示，应义斌指导培养的学生中有1名博士生获得2009年度全国百篇优秀博士学位论文奖，3名博士生分别获得2008年度、2010年度和2011年度全国百篇优秀博士学位论文提名奖等奖项。

据2023年1月浙江大学智能生物产业装备创新团队网站显示，应义斌已获得国家级教学成果一等奖2项、国家级教学成果二等奖1项和浙江省教学成果一等奖3项等奖项。

“应义斌在农业传感技术与智能装备方向上做出了杰出贡献。”（国际农业与生物系统工程科学院评）

“应义斌是农业工程领域知名专家，他的入选（特聘教授）为农机化科研工作增添了一抹亮色。”（《中国农机化导报》评）