2008年，在没有任何成功经验可以借鉴的情况下，他率领科研团队在短短两个月时间内制备了几百个样品，做了上千次测试，克服了铁基超导材料多种难题，成功制备出国际首根铁基超导线材，开启了铁基超导线材的全球研究热潮。相关成果入选科技部“国家十一五重大科技成就展”。

　　2014年，他带领团队成员迎难而上，在国际上率先掌握了制备高性能铁基超导线带材的“硬核技术”，使得铁基超导线带材的传输电流实现了从十几到十几万安培每平方厘米的巨大跨越，达到实用化水平。目前马衍伟团队研发的铁基超导材料仍然保持着传输性能的世界最高纪录；多种合成方法已成为国际上制备高性能铁基超导线材的通用手段，受到美欧日著名超导机构的跟踪研究；使得我国在高性能铁基超导线带材制备研究方面一直处于世界的最前沿，成为了该领域的开拓者和引领者。

　　2016年，他带领科研团队成功研制出世界首根百米量级铁基超导长线，被国际同行誉为“铁基超导材料从实验室走向产业化的里程碑”。这一系列成果获得了国内外的高度认可，其中：2019年，马衍伟获得欧洲应用超导学会颁发的“杰出贡献奖”，该奖项旨在表彰近五来国际应用超导领域有卓越创新和重大科学贡献的个人，这是我国科学家首次获得该奖项。荣获2019年中国科学年度新闻人物、荣获2020年中国科学院优秀共产党员，带领的团队入选了2019年科技部重点领域创新团队。