臨床專業為胃腸外科，以胃腸腫瘤為主攻方向。為提高腫瘤病人的生存質量和生存率，積極倡導和開展結腸癌、直腸癌和胃癌的腹腔鏡根治術等新技術、新方法;主持開展個體化腫瘤生物治療的臨床套用，並於2009年5月創建生物治療腫瘤科，獲得很好療效。
蔡建輝的研究領域涉及人類基因組突變、基因轉導技術、腫瘤免疫及腫瘤基因治療、胃癌的早期診斷和治療等，並在中華系列學術雜誌及國際權威學術雜誌上發表論文60餘篇，其中14篇被SCI收錄，最高影響因子5.8。
蔡建輝主持創建了河北醫科大學二院外科研究中心，承擔了多項國家和河北省科技攻關項目，其中包括：國家自然科學基金立項的K-ras突變特異性基因轉導治療胰腺癌的基礎和臨床研究;國家十一五科技支撐項目立項的胃癌綜合治療的研究;河北省自然科學基金立項的基因槍轉導技術的基礎研究;河北省博士基金攻關項目立項的DC介導腫瘤免疫的in vitro研究;河北省衛生廳立項的重大攻關項目DC介導的腫瘤疫苗的臨床前研究等。已培養醫學博士12人，醫學碩士30餘人;現指導博士生、碩士生20餘人。
蔡建輝積極籌備創建省級或國家級重點學科及重點實驗室，並和日本鳥取大學、美國Roswell Park Cancer Institute、加拿大多侖多大學OCI腫瘤研究所、愛爾蘭皇家外科學院、聖三一愛爾蘭學院等國際知名大學院所建立了合作關係，以加強國際間學術交流與合作，提升河北省的外科學術層次。
