در ۱۳ سالگی با خواسته پدرش، مانند برادر بزرگتر دارالفنون را رها کرد و وارد صنایع دفاع، معروف به «قورخانه» شد.طی بازدیدی که رضا شاه از قورخانه داشت به دلیل جثه ریزش، او را از آنجا بیرون کرد. بنابراین بیکار شد. در سال ۱۳۱۳ نزد پدرش که خواربارفروشی داشت برگشت و در امور مغازه به او کمک کرد. یک سال بعد دوباره به دبیرستان برگشت. شش سال دبیرستان را در مدت پنج سال به اتمام رساند. نیمه‌ی دوم سال ۱۳۱۸ از دبیرستان فارغ‌التحصیل شد و در سال ۱۳۱۹ در دانشکده ثبت‌نام کرد و در سال ۱۳۲۲ لیسانس مهندسی گرفت. مهدی آوینی جز اولین نفراتی است که از رشته مهندسی معدن فارغ‌التحصیل شد. او پس از فراغت از تحصیل در جستجوی یافتن کار، بارها به وزارتخانه‌های مختلف مراجعه کرد ولی نتوانست کار مناسبی پیدا کند.وقتی دوستانش متوجه بیکاری‌اش شدند، پیشنهاد دادند تا در دانشکده افسری ثبت‌نام کند. در سال‌های ۱۳۲۴ و ۱۳۲۵ دوره‌ی نظام‌وظیفه را گذراند و پس از آن به درجه‌ی ستوان دومی پلیس نائل شد. به دلیل داشتن مدرک لیسانس، سال بعد ستوان یکم شهربانی شد. بعد از مدتی کار در محیط نظامی، دچار ناراحتی‌هایی شد و متوجه شد که با توجه به شرایط روحی و شخصیتی که دارد، تحمل چنین محیطی برایش کاری سخت و مشکل است. بنابراین از شهربانی بیرون آمد و به سازمان برنامه رفت و در بخش معدن مشغول کار شد.در خرداد سال ۱۳۳۳ به همراه خانواده به خمین رفت و کار در معدن سرب و روی را شروع کرد. با توجه به اینکه سال‌های زیادی از زمان فارغ‌التحصیلی‌اش از دانشگاه گذشته بود و بسیاری از موضوعات و مطالب را فراموش کرده بود، در نزدیکی‌های معدن چادر زد و همان جا ساکن شد و در خمین برای خانواده‌اش منزلی تهیه کرد. از آن‌جا تا معدن لکان حدود ۳۵ کیلومتر فاصله وجود داشت اما او مجبور بود دائماً به آن معدن سرکشی کند و کارهای لازم را انجام دهد. در شهریور ۱۳۳۵ به ریاست معدن مس بایچه‌باغ که بین میانه و زنجان قرار داشت منصوب شد. آوینی سه سال در این معدن مشغول به‌کار بود.در بایچه‌باغ مدرسه‌ای وجود نداشت و آن زمان پسر بزرگ او مرتضی)شهید مرتضی آوینی) باید به کلاس سوم ابتدایی می‌رفت. پسر دیگرش مسعود (که اکنون ساکن آمریکا است) باید در کلاس اول ابتدایی ثبت‌نام می‌کرد. بنابراین مهدی آوینی از اداره‌ی فرهنگ (آموزش و پرورش) زنجان اجازه گرفت تا مدرسه‌ای تأسیس کند. خودش و مرتضی در همان مدرسه معلم شدند. مرتضی معلم کلاس اولی‌ها شد. بعدها رییس حسابداری معدن هم در آن مدرسه شروع به تدریس کرد.فرانسه برای مهندسان معادن کشورها برنامه‌ِ‌ی آموزشی را تدارک دیده بود بنابراین در سال ۱۳۴۰ به مدت شش ماه به فرانسه رفت و از معادن مختلف آن کشور بازدید کرد. آوینی پس از بازگشت از فرانسه دوباره به کرمان رفت و تا سال ۱۳۴۲ در آنجا ماند و بعد از آن طی حکمی به معدن طلای موته منتقل شد. پس از انتقال به معدن طلای موته در همان اقدامات اولیه، شروع به نصب و راه‌اندازی کارخانه کرد و پس از آن نیز تامین آب کارخانه را انجام داد. از آن جایی که موته در منطقه‌ای خشک نزدیک گلپایگان واقع است، بنابراین جهت ذوب طلا به ۴۰ تا ۵۰ مترمکعب در ساعت آب احتیاج بود. اهالی منطقه معتقد بودند در عمق ۲۶ متری امکان رسیدن به آب بسیار کم است اما آن‌ها در یک دشت کاملا خشک، توانستند به آب دسترسی پیدا کنند. چاه حفر شده به‌قدری پرآب بود که کسی نمی‌توانست به داخل چاه برود.در آن دوران، نصراله خادم مدیرعامل شرکت معادن در تهران شده بود و قراردادی با زمین‌شناسان فرانسوی جهت یافتن آب در آن منطقه بسته بود. وقتی مهدی آوینی به وی گفت که به آب دسترسی پیدا کرده، خادم گفت که قرارداد بسته شده و قابل فسخ نیست! پس از آن‌که خبر به گوش فرانسویان رسید که از چاه حفرشده ۴۰ مترمکعب در ساعت آب خارج می‌شود، آنها با تعجب تقاضای دیدار و جلسه با آوینی کردند.در جلسه‌ای که در تهران تشکیل شد از آوینی سوال شد، که مهندس معدن است یا در زمین‌شناسی یا ذخایر آب تحصیل کرده است؟ و وقتی می‌شنوند که او مهندس معدن است از او می‌خواهند که روش کار حفر چاه و برداشت آب را برایشان توضیح دهد. او می‌گوید صرفا با توکل به خدا و استمداد از او، به آب رسیدم. فرانسوی‌ها از شنیدن این موضوع حیرت می‌کنند.با توجه به اینکه قبلا در این معدن اکتشافات انجام شده بود، استخراج را به صورت آزمایشی شروع کردند و تا حد زیادی نیز پیش بردند و به‌دلیل اینکه معدن دارای رگه‌ی طلای بسیار غنی بود و آثار طلا در همه جای آن مشهود، به صورت روباز استخراج آن انجام می شد.و توانستند تقریبا ۶۰ هزار تن سنگ طلای ۷ گرم در تن استخراج کنند .زمانی که آوینی از آن معدن رفت، گروه بعدی از همه‌ی ذخایر آن استفاده کردند.به‌واسطه‌ی حساسیت کار، توزین طلا را آوینی شخصاً انجام می‌داد. او ترازوی بسیار دقیقی را برای انجام این کار تهیه کرده بود و به ناچار از محل مسکونی‌اش به منطقه دیگری که مسافت زیادی فاصله داشت می‌رفت تا روزی بیست نمونه را جهت اندازه‌گیری میزان طلا آزمایش کنددر یکی از این آزمایش‌ها، مرتضی (شهید مرتضی آوینی) همراه‌اش بود. هنگام بازگشت از معدن، مرتضی پدرش را صدا می‌کند و می‌گوید خبر خوشی را می‌خواهد به پدرش بگوید. یکی از نمونه‌های گرفته‌شده دارای طلا است.پس از اندازه‌گیری متوجه می‌شوند که نمونه حاوی ۳۰ کیلو طلا در تن است. بنابراین شروع به جست‌وجو در معدن می‌کنند، اما چیز دیگری پیدا نمی‌کنند. متوجه می‌شوند فقط یک تن از این ماده معدنی غنی در آن روز استخراج شده بود و با ۸۰ تن بقیه که در روز استخراج می‌شده مخلوط شده بود، بهمین دلیل آن‌ها را پُر عیار کرده بود.در آن دوران می‌گفتند در معادن دنیا ماده‌ی معدنی‌ای که حاوی بیش از ۱۰ کیلو طلا در تن باشد، پیدا نشده است. اما آن‌ها توانستند در معدن موته، طلا با عیار ۳۰ کیلو در تن پیدا کنند.