คณะปฏิบัติงานโครงการฝนหลวงได้ศึกษาทดลองและพัฒนาวิธีการทำฝนเทียมอย่างต่อเนื่อง จนค้นพบวิธีการ ทำฝนเทียมแบบใหม่ ซึ่งแตกต่างจากวิธีปฏิบัติที่ใช้ในต่างประเทศ เรียกได้ว่าเป็นกรรมวิธีของประเทศไทย โดยเฉพาะ และได้นำมาปฏิบัติการช่วยเหลือราษฏรเป็นครั้งแรก เมื่อเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2514 กรรมวิธีใหม่นี้เกิดจากแนวพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศรมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงพัฒนาขึ้นด้วยพระองค์เอง โดยทรงร่วมปรึกษาหารือกับหม่อมราชวงศ์เทพฤทธิ์ เทวกุล จนกระทั่งในปีพ.ศ. 2516 ทรงพระกรุณาสรุปกรรมวิธีการทำฝนหลวงเป็น 3 ขั้นตอน คือ

ขั้นตอนที่ 1 การก่อกวน คือ การดัดแปรสภาพอากาศหรือก้อนเมฆในขณะนั้น เพื่อกระตุ้นให้มวลอากาศชื้นไหลพาขึ้นสู่เบื้องบน อันเป็นการชักนำไอน้ำหรืออากาศชื้นเข้าสู่กระบวนการเกิดเมฆ

ขั้นตอนที่ 2 เลี้ยงให้อ้วน คือ การดัดแปรสภาพอากาศ เพื่อทำให้เมฆเจริญขึ้นจนเป็นก้อนขนาดใหญ่ หนาแน่นมาก จนพร้อมที่จะตกเป็นฝน

ขั้นตอนที่ 3 ขั้นโจมตี คือ การดัดแปรสภาพอากาศที่จะกระตุ้นให้เม็ดละอองเมฆปะทะชนกัน แล้วรวมตัวเข้าด้วยกันจนมีขนาดใหญ่ขึ้น ขณะเดียวกันก็เป็นการลดแรงไหลพาขึ้นเบื้องบนเพื่อให้เม็ดน้ำมีขนาดใหญ่ตกลงสู่เบื้องล่างแล้วเกิดเป็น ฝนตกลงมาสู่เป้าหมาย

การทำฝนเทียมในระยะต้น ๆ ดำเนินการโดยใช้เครื่องบินบินขึ้นไปดัดแปรสภาพอากาศให้เกิดฝน ซึ่งมีข้อจำกัดหลายอย่างที่ทำให้ไม่สามารถปฏิบัติครบขั้นตอนตามกรรมวิธีที่ทรงคิดค้นได้ เช่น เมื่อถึงขั้นตอนที่ 2 คือ เลี้ยงเมฆให้อ้วน แต่เครื่องบินไม่สามารถขึ้นบินได้ เนื่องจากสนามบินอยู่ห่างจากบริเวณซึ่งต้องการทำให้เกิดฝนตก หรือบางครั้งเกิดลมพายุแรง เครื่องบินไม่สามารถบินขึ้นได้ ทำให้เสียโอกาสที่จะขึ้นไปบังคับฝนให้ตกสู่เป้าหมายได้ การทำ “ฝนหลวง” ซึ่งเป็นชื่อที่เรียกอย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2517 มีส่วนช่วยเหลือราษฏรเป็นอย่างมาก ราษฎรในหลายจังหวัดได้ขอพระราชทาน “ฝนหลวง” ไปช่วยในการทำการเกษตร

ต่อมาในปี พ.ศ. 2518 จึงมีพระราชกฤษฎีกาจัดตั้ง “สำนักงานปฏิบัติการฝนหลวง” ซึ่งสังกัดสำนักงานปลัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ เป็นผู้ดูแลรับผิดชอบโดยตรง  โดยเหตุที่ในปี พ.ศ. 2536 เกิดภาวะฝนแล้ง จึงมีการทำ “ฝนหลวง” ตั้งแต่วันที่ 18 สิงหาคม จนถึงวันที่ 2 พฤศจิกายน พ.ศ. 2536 เพื่อเพิ่มปริมาณน้ำเหนือเขื่อนให้มีมากพอสำหรับการเพาะปลูกในฤดูแล้ง และการผลิตกระแสไฟฟ้า และเพื่อผลักดันการรุกของน้ำเค็มจากอ่าวไทยอีกด้วย จึงกล่าวได้ว่า “ฝนหลวง” มิได้มีบทบาทเฉพาะเพียงด้านการเกษตรเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทในระดับประเทศในการแก้ไขภัยแล้งอีกด้วย