Durante los años siguientes trabajó como asesor de diferentes organismos del sistema de la ONU en Brasil.

Entre 1980 y 1986 fue jefe de la representación de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial, ONUDI,[3]​ en Ciudad de México y se transformó, con sus trabajos sobre la modernización tecnológica y las posibilidades de exportación de la industria latinoamericana, en uno de los economistas más influyentes de Iberoamérica, cuya voz era escuchada con creciente interés tanto en la oficina central de la ONUDI, en Viena, como en la sede del Banco Mundial, en Washington.

En 1986, Fajnzylber regresó a Santiago de Chile y asumió la dirección del Departamento de Desarrollo Industrial de la CEPAL.

En esas funciones lideró en la CEPAL (Comisión Económica para América Latina y el Caribe) el difícil abandono de su modelo orientado hacia el mercado interno y desarrolló el concepto de una "integración activa en los mercados mundiales", que simultáneamente se diferenció claramente del Consenso de Washington, de los años 80.

Por corto tiempo, Fajnzylber y su equipo lograron revivir con proyecciones internacionales el antiguo papel de la CEPAL como "think tank" del pensamiento latinoamericano en el área del desarrollo.