W 1953 roku, korzystając ze swej wiedzy w dziedzinie aerodynamiki, zmodyfikował (w ramach przepisów klasowych) jacht klasy Finn i wygrał na nim regaty-maraton na trasie Warszawa-Gdańsk, pokonując krajową czołówkę zawodnikówTeoria żeglowania, wyd. VI, Przedmowa do wyd. IV, s. 14. Poproszony o wyjaśnienie niespodziewanego sukcesu, wygłosił w zimie 1953/54 serię wykładów dla członków warszawskich klubów żeglarskich, zebranych i opublikowanych następnie w 1957 w formie książki Teoria żeglowania. Książkę tę Czesław Marchaj w późniejszym okresie wielokrotnie przeredagowywał i rozbudował do serii opracowań z teorii budowy i użytkowania statków żaglowych, publikowanych regularnie w wielu językach.
Swoje dokonania potwierdził wygraną w 1956 roku międzynarodowych regat w klasie Finn w Sopocie. Był aktywnym zawodnikiem regatowym i działaczem Polskiego Związku Żeglarskiego, a od 1959 roku pełnił w Związku funkcję wiceprezesa ds. szkoleniowych. W latach 60. rozpoczął działalność na forum międzynarodowym. W roku 1960 wyjechał po raz pierwszy na Uniwersytet w Southampton, gdzie został zatrudniony i spędził 2,5 roku (od czerwca 1960 do stycznia 1963). Powrócił do Polski w 1963. W latach 1962–1969 był przedstawicielem Polskiego Związku Żeglarskiego w YIRU (obecnie: ISAF – International Sailing Federation).