2002年，徐芑南担纲蛟龙号总设计师。蛟龙号立项之前，我国研制过的最深潜水器只有600米。从600米到7000米，是非常大的技术跨越，深度每增加100米，海水的压力就会增加10个大气压，难度可想而知。并且，作为一项大的系统工程，蛟龙号涉及耐压结构和密封技术设计、高比强度合金材料的加工成形技术、航行性能优化、水下定位、水下通讯、自动控制等多个领域的最前沿技术，需要联合国内上百家科研机构集智攻关。
徐芑南充分运用自己丰富的经验，着眼全局，统筹谋划，严格遵循“计算分析、专家咨询、样机试验、实物考核”的研制程序，确保“下得去，能作业上得来，保安全”的总体设计理念充分落实。
为了统筹好蛟龙号本体12个分系统工作，他将每一个分系统的“任务输入、成果输出、约束和支撑条件”，按照技术进度和经费，制成表格，按表工作，大大提高效率和质量。徐芑南说：“即使每个分系统都做得很好，放在一起却未必会拼成一个性能优良的潜水器。所有系统之间一定要相互配合，相辅相成才行。”在蛟龙号的研发过程中，所有合作者对徐芑南这位总师，都是众口一词地赞扬。“互相补台，互不拆台”是徐芑南坚持的一个原则。
人才短缺也成为制约蛟龙号研制的瓶颈。徐芑南格外注重对青年人的培养。“总师重要的是做好顶层设计，但更重要的是在实战中带出一支年轻的队伍。”徐芑南毫无保留地将自己的经验传授给年轻人，还想方设法邀请国内外专家给年青的设计师队伍讲课。
“团队中每个人的岗位都很重要。想要确保潜水器在7000米深的海底滴水不渗，每一颗小小的螺丝帽都要拧好，否则后果不堪设想。因此团队精神非常关键。”徐芑南说。
除了潜水器，还是潜水器
徐芑南的夫人方之芬说，不管人有多累，只要一提到潜水器，徐芑南的精神头儿就会立刻旺盛起来。徐芑南的生活很单一，他的兴趣爱好就是潜水器。“除了潜水器，还是潜水器。”
2009年蛟龙号第一次海试，尽管已经年逾七旬，徐芑南还是坚持要求上船坐镇指挥，他拖着装满药品、氧气机、血压计等医疗器械的拉杆箱，和科研团队坚守在一起。他在水面的指挥调度清晰沉稳，成为试验成功的重要保障。
在两个多月的海试中，试验现场到处都有他的身影，检查设备、交流技术问题、推敲下潜步骤等，不放过任何可能出现的隐患。每次潜器下水，他从不安稳地坐在指挥室里，而是一连几小时值守在水面控制室里，不放过水声通信传回来的每一句语音。
后续的5000米级和7000米级海试，由于试验海区较远，徐芑南不能亲临现场，但他一直坚守在海试陆基保障中心，第一时间了解海试情况，并给出相应的技术指导。由于时差因素，海试常常在半夜或凌晨进行，但徐芑南从未缺席过。
徐芑南这种一丝不苟的工作作风和全身心投入的工作热情深深感染了所有人。在他的带领下，蛟龙号团队十年磨一剑，实现了中国大深度载人潜器的“从无到有”，从浅蓝走向深蓝，缔造了中国载人深潜的辉煌篇章。现在，徐芑南依然活跃在深潜科研最前线，向着更新的目标进发。