Meteorologia FitzRoy nie załamał się dymisją i po powrocie do Anglii we wrześniu 1848 r. wrócił do służby w Royal Navy. W marcu 1849 r. otrzymał dowództwo okrętu . W 1851 r. z powodu złego stanu zdrowia odszedł z czynnej służby. W tym samym roku został członkiem Towarzystwa Królewskiego. W 1854 r. dzięki wsparciu Francisa Beauforta, FitzRoy został przewodniczącym departamentu Towarzystwa zajmującym się zbieraniem danych pogodowych na morzach.
Korzystając ze swoich doświadczeń, FitzRoy złożył podwaliny pod nowoczesny Urząd Meteorologiczny. Na jego polecenie kapitanowie statków mieli zbierać informacje o pogodzie i testować służące temu urządzenia. Wprowadził do użytku nowy typ barometru, dzięki któremu można było przewidzieć nadejście sztormu. Po katastrofie HMS „Royal Charter”, FitzRoy rozpoczął program „przewidywania pogody”. 15 rozmieszczonych na lądzie stacji miało za pomocą telegrafu wysyłać informacje o zmianach pogodowych. Pierwsza prognoza pogody została opublikowana w „The Times” 1 sierpnia w 1861 r. Rok później system wszedł do powszechnego użytku. Doświadczenia z tej pracy FitzRoy zebrał w The Weather Book opublikowanej w 1863.
Barometr FitzRoy został rozprowadzony wśród wszystkich, nawet najmniejszych rybackich statków.