Alla fine del 1967 dopo tanti anni trascorsi alla Sirti, arriva la proposta di assumere la direzione dello CSELT, il centro studi e laboratori istituito tre anni prima dalla STET per la ricerca nel campo delle telecomunicazioni.
Da pochi mesi era stata inaugurata la nuova sede alla periferia nord di Torino e questo comportava il problema di trasferirsi da Milano a Torino, un trasloco che disorientò un poco la sua famiglia che si aspettava semmai un ritorno a Roma.
Ma la proposta era quanto mai allettante e fu accettata in tempi brevissimi, così da assumere la direzione dello CSELT già nel dicembre 1967, al prezzo di nove mesi di pendolarismo tra Milano e Torino; solo nel settembre 1968 infatti si realizzò il trasloco della famiglia a Torino nell'appartamento di corso Vittorio Emanuele 5.
Per comprendere la situazione iniziale allo CSELT la cosa migliore è riportare le parole che molti anni dopo, il 13 gennaio 1995 Bonavoglia pronunciò nel suo intervento per il trentennale dello CSELT.
Nell'accettare l'incarico avevo riflettuto sulle difficoltà dell'impresa e mi ero prefigurato come compito di fondo quello di dover collaborare nello scegliere le linee guida delle attività di ricerca; mi era abbastanza chiaro che, in presenza della radicale trasformazione che si iniziava per le telecomunicazioni, un grande sforzo andava fatto in commutazione utilizzando le tecniche numeriche ed informatiche, che si doveva andare verso mezzi trasmissivi migliori e più capaci - per i quali l'ottica offriva grandi promesse - ed infine verso una radicale trasformazione di quasi tutti i metodi di progettazione circuitale e di sistema.
Appena preso contatto con il personale del Centro, 130 persone circa, capii che un altro problema sovrastava quello del decidere "che cosa fare" e questo riguardava la costituzione del personale. Infatti gran parte della forza tecnica allora presente proveniva dall'esercizio degli impianti esistenti, che erano proprio quelli da rifare, e solo pochi ma molto validi, erano gli esperti nei settori che servivano, cioè nelle tecniche elettroniche discrete e impulsive, nella microelettronica, nell'informatica e relativo software, nell'ottica, nel trattamento dei segnali e così via. (*)
Aveva dunque sin dall'inizio una chiara visione delle innovazioni tecniche e delle sfide che lo CSELT avrebbe dovuto affrontare, in particolare i nuovi mezzi trasmissivi (le fibre ottiche) e le nuove tecniche numeriche di commutazione.
Il suo primo obiettivo fu quindi quello della formazione di giovani ricercatori nei nuovo campi dell'informatica e del software, e fu anche grazie a questa scelta che lo CSELT si trasformò sin dai primi anni della sua direzione in uno dei centri di avanguardia nella ricerca in Italia,
Così descrive quei primi anni Cesare Mossotto, direttore CSELT dal 1989 al 2001:
Uno dei primi successi dello CSELT sotto la sua direzione fu di dimostrare la capacità del giovane Centro ad operare in un contesto internazionale e con committenza esterna al Gruppo STET. Significativa fu al riguardo la collaborazione dal 1968 al progetto commissionato da COMSAT per un sistema numerico di comunicazioni via satellite su base TDMA. Si trattava di una tecnologia ed una sistemistica di estrema avanguardia che avrebbe visto la sua realizzazione pratica solo molti anni dopo.
Alla fine del 1968 gli fu offerta la cattedra di Trasmissione telefonica del Politecnico di Torino, offerta che accettò, convinto com'era dell'importanza dell'insegnamento per il futuro della ricerca e del fatto che le materie tecniche dovessero essere insegnate da persone che lavorassero in quel campo e avessero quindi una visione aggiornata e vissuta in prima persona della materia che insegnavano.
L'accettazione di una cattedra universitaria poneva però un problema: la legge italiana considerava incompatibile l'incarico di professore universitario con quello di direttore di un centro studi come lo CSELT. Fu quindi costretto a lasciare la carica di direttore, assumendo invece quella di consigliere di amministrazione con delega speciale, carica di fatto equivalente alla precedente, non essendo stato nominato un nuovo direttore. Un escamotage che gli consentì di svolgere in parallelo attività di formazione al Politecnico e di ricerca allo CSELT.
