兩次獲得諾貝爾化學獎
桑格從1943年開始研究胰島素，一直到1955年才把化學結構解開。1958年因此獲得諾貝爾化學獎。
研究期間於1947年去阿爾內·蒂塞利烏斯（Arne Tselius）在瑞典烏普薩拉的實驗室學習電泳分析的技巧，停留了幾個月。弗雷德看到Tselius自己不到實驗室工作只讓技術人員分析感到震驚。弗雷德與一名技術人員氧化胰島素以分離鏈，然後將混合物塗抹到木炭柱上，技術人員觀察到了四個正面，推斷胰島素有四個鏈條。這種分析處理讓弗雷德感到十分不自在。Tselius 在沒去過實驗室情況下就把結果發表，刊登在1947年自然雜誌之上（Tiselius ，A.，Sanger，F. 1947. Nature）。弗雷德後來說，這是他發表論文中唯一讓他感到羞恥的論文。
回到劍橋後，弗雷德氧化了胰島素並分離出兩條鏈，他將其標記為A和B。
Arne Tselius因「在電泳和吸附分析方面的研究，特別是關於血清蛋白複雜性的發現」獲得1948年諾貝爾化學獎。
分子生物學實驗室 (LMB)
英國醫學研究委員會(Medical Research Council，MRC)是英國的一個非政府部門公共機構，負責協調與調度資金資助在英國的生物醫學研究。
1961年，MRC在距離劍橋大學約兩英里的Addenbrooke醫院所在地建造分子生物學實驗室(LMB)。LMB由馬克斯·佩魯茨（Max Perutz）主持，實驗室裡面有三個部門—蛋白質化學，由桑格領導；結構研究—由馬克斯和約翰·肯德魯（John Kendrew）共同領導；分子遺傳學—由 弗朗西斯·克里克(Francis Crick)領導。他們先後都在LMB成立之後有突破性發現，獲得諾貝爾獎。
桑格頂著諾貝爾獎的光環，經費無虞又能吸收國際頂尖研究人員，桑格起初做了一些RNA定序研究，成果不如其它研究機構，後來轉來研究DNA定序研究一舉成名。桑格也在此因為對核酸定序的開創方法於1980年獲得第二次諾貝爾化學獎。
值得讚揚的是桑格勇於聘用沒有學位的年輕人，他聘用19歲還沒上大學的巴特·巴雷爾 （Bart Barrell）及20歲沒有大學文憑的艾倫·庫爾森 (Alan Coulson)作為技工及個人研究助理，桑格對二人的表現贊不絕口，在他自述論文及口述歷史視頻多次稱許他們在研究上的貢獻。當巴雷爾發現一位實驗技工，也出現在論文作者名單喜不勝收，受到極大鼓勵。。他也是桑格論文掛名共同作者數量最多的一位。巴特在1978年從劍橋大學獲得博士學位，艾倫也在1994年完成博士學位。
