Вскоре студенты И.П. Павлов  и М.М. Афанасьев сделали интересную научную работу по физиологии нервов поджелудочной железы. Эту работу, которой также руководил профессор Цион, совет университета удостоил золотой медали. Очевидно, новое исследование отнимало много времени у студентов. Павлов не сдал в срок выпускные экзамены и вынужден был еще год остаться на последнем курсе, лишившись при этом стипендии и имея лишь единовременное пособие в размере 50 руб. В 1875 г. Павлов блестяще закончил университет, получив ученую степень кандидата естественных наук. Ему шел тогда 26-й год. С радужными надеждами выходил молодой ученый на дорогу самостоятельной жизни. Поначалу все складывалось для И. П. Павлова удачно. И.Ф. Цион, занявший оставленную Сеченовым должность заведующего кафедрой физиологии в Медико-хирургической академии, пригласил молодого ученого в качестве своего ассистента. Одновременно Павлов поступил на третий курс академии «не с целью сделаться врачом, а с тем, чтобы впоследствии, имея степень доктора медицины, быть вправе занять кафедру физиологии. Впрочем, справедливость требует прибавить, что этот план представлялся тогда мечтою, потому что о собственном профессорстве думалось, как о чем-то необычайном, невероятном». Вскоре Цион вынужден был уйти из академии. Павлов, высоко ценивший своего учителя как крупного физиолога, питавший к нему чувство признательности и благодарности, не сумел в то время правильно оценить причину ухода Циона из академии.

     Павлов счел нужным отказаться от должности ассистента при кафедре физиологии, предложенной ему новым руководителем кафедры профессором И. Ф. Тархановым, и таким образом лишился не только прекрасного места для научной работы, но и заработка. По сообщениям некоторых учеников Павлова старшего поколения (В.В. Савича, Б.П. Бабкина), известную роль в этом решении сыграла некоторая неприязнь Павлова к Тарханову, обусловленная каким-то неблаговидным поступком последнего. Как бы там ни было, в этом факте нашли свое яркое выражение принципиальность и честность Павлова. Свое заблуждение относительно И.Ф. Циона Иван Петрович осознал много позже. Через некоторое время Павлов стал ассистентом профессора К.Н. Устимовича на кафедре физиологии ветеринарного отделения Медико-хирургической академии. Одновременно он продолжал учебу на медицинском отделении академии.

     К.Н. Устимович был учеником К. Людвига и в свое время получил солидное физиологическое образование. В академии он организовал неплохую лабораторию, занимавшуюся вопросами физиологии кровообращения и выделительной функции почек. За время работы в лаборатории (1876-1878 гг.) Павлов самостоятельно выполнил ряд ценных работ по физиологии кровообращения. В этих исследованиях впервые проявились зачатки его гениального научного метода изучения функций организма в их естественной динамике в ненаркотизированном целостном организме. В результате многочисленных опытов Павлов добился измерения давления крови у собак, не усыпляя их наркозом и не привязывая к опытному столу. Он разработал и осуществил свой оригинальный метод хронической фистулы мочеточников  вживления конца последних в наружный покров живота. За время работы в лаборатории Павлову удалось сэкономить небольшое количестве денег. Летом 1877г. он по рекомендации Устимовича побывал в Бреславле, где познакомился с работами известного физиолога профессора Р. Гейденгайна. Поездка за границу расширила научный кругозор Павлова и положила начало дружбы молодого ученого с Гейденгайном.

4. Основные работы Павлова.

4.1. В области физиологии сердечнососудистой системы.

     В течение первого периода научное деятельности Павлов преимущественно занимался изучением физиологии сердечнососудистой системы. К этому времени относится его диссертация «Центробежные нервы сердца», в которой впервые было показано существование специальных нервных волокон, усиливающих и ослабляющих деятельность сердца теплокровных животных. На основании своих исследований Павлов высказал предположение, что открытый им усиливающий нерв оказывает свое действие на сердце путем изменения обмена веществ в сердечной мышце. Развивая эти представления, Иван Петрович в дальнейшем создал учение о трофической функции нервной системы.

     Уже в работах по физиологии кровообращения проявились высокое мастерство, новаторский подход Павлова в проведении эксперимента. Поставив перед собой задачу, изучить влияние приема жидкой и сухой пищи на кровяное давление собаки, он смело отходит от традиционных острых опытов на наркотизированных животных и ищет новые приемы исследования. Иван Петрович приучает собаку к опыту и путем длительной тренировки добивается того, что без наркоза представляется возможным отпрепарировать тонкую артериальную ветвь на лапе собаки и в течение многих часов повторно регистрировать кровяное давление после различных воздействий. Решение этой задачи явилось зарождением метода хронического опыта

4.2. В области физиологии пищеварения.

     Наряду с работой в области физиологии сердечнососудистой системы Павлов занимался изучением некоторых вопросов физиологии пищеварения. Но систематические исследования в этой области он начал проводить только в 1891 году в лаборатории Института экспериментальной медицины. Основной идеей в этих работах, также как в исследованиях по кровообращению, была идея нервизма, заимствованная Павловым от С.П. Боткина и И.М. Сеченова. Однако изучение регуляторной функции нервной системы (в процессе пищеварения) у здорового животного не могло быть осуществлено при методических возможностях, которыми располагала физиология того времени.

     Созданию новых методов, новых приемов в физиологии Павлов посвятил ряд лет. Им были разработаны специальные операции на органах пищеварительного тракта и введен в практику метод хронического эксперимента, позволивший изучать деятельность пищеварительного аппарата на здоровом животном. В 1879 году Иван Петрович впервые в истории физиологии произвел операцию, в результате которой получил постоянную фистулу поджелудочной железы. Вокруг одно из двух ее протоков он вырезал небольшой участок кишки, а образовавшиеся в кишке отверстия зашил; вырезанный кусок он вшил в кожную рану так, чтобы сок мог по протоку вытекать наружу. Другой проток железы оставался на месте. По этому протоку сок продолжал изливаться в кишку, и нормальное пищеварение не нарушалось. Через некоторое время рана зажила, и ученый приступил к дальнейшим опытам.

     Операция сделанная Павловым, коренным образом отличалась от тех, которые обычно производились для изучения различных отделов пищеварительного тракта. Впервые появилась возможность изучать на здоровом животном выделение одного из пищеварительных соков в чистом виде – без примеси пищи. Собаки с фистулой поджелудочной железы жили в Павловской лаборатории годами.

     Чтобы изучить работу слюнных желез, Павлов вместе со своим учеником Глинским разработал новый способ операций, который позволял в любой момент собрать чистую слюну без примеси пищи. Но И.П. Павлов не ограничился этими опытами и вместе со своей сотрудницей Шумовой-Симановской сделал своей подопытной собаке, уже имевшей фистулу желудка, еще одну дополнительную операцию: обнажил верхнюю часть пищевода, перерезал его, вывел оба конца наружу и укрепил их по краям раны.

     После операции пища, которую съедала собака, вываливалась наружу через отверстие перерезанного пищевода. Собака с фистулой желудка и перерезанным пищеводом несколько часов подряд могла глотать одну и ту же пищу и не насыщаться ею. При таком мнимом кормлении, как и предполагал великий ученый, из фистулы желудка выделялся совершенно чистый желудочный сок, не смешанный ни с пищей, ни со слюной. Таким образом, он смог доказать, что работа желудочных желез подчинена нервной системе и управляется ими

4.3. По изучению высшей нервной деятельности.

     Изучая деятельность сердца, проводя опыты по исследованию работы пищеварительных желез, Иван Петрович неизбежно встречался с воздействием внешних условий, со связью организма с окружающей его средой. Это привело ученого к исследованиям, создавшим новый раздел в физиологии и обессмертившим его имя. Высшая нервная деятельность вот над изучением чего начал работать Павлов и работал до конца своей жизни.

     С введением метода условных рефлексов отпала необходимость строить догадки о внутреннем состоянии животного при действии на него различных раздражителей. Вся деятельность организма, исследовавшаяся ранее только с помощью субъективных методов, стала доступной для объективного изучения. Открылась возможность познавать опытным путем связи организма с внешней средой. Сам же условный рефлекс сделался для физиологии, по выражению Павлова, «центральным явлением», пользуясь которым оказалось возможным все полнее и точнее изучать как нормальную, так и патологическую деятельность больших полушарий. Впервые Павлов сообщил об условных рефлексах на четырнадцатом Международном медицинском конгрессе в Мадриде.

     В течение долгих лет Иван Петрович вместе с многочисленными сотрудниками и учениками разрабатывал учение о высшей нервной деятельности. Шаг за шагом вскрывались тончайшие механизмы корковой деятельности, выяснялись взаимоотношения между корой больших полушарий и нижележащими отделами нервной системы, изучались закономерности протекания процессов возбуждения и торможения в коре. Было установлено, что эти процессы находятся в тесной и неразрывной связи, способны широко иррадиировать, концентрироваться и взаимно действовать друг на друга. На сложном взаимодействии этих двух процессов и основана, по Павлову, вся анализаторная и синтезирующая деятельность коры больших полушарий. Этими представлениями была создана физиологическая основа для изучения деятельности органов чувств, которое до Павлова было построено в основном на субъективном методе исследования.

5. Присуждение Нобелевской премии.

     Однако вскоре фортуна улыбнулась Ивану Петровичу. 23 апреля 1890 г. он был избран на должность профессора фармакологии в Томском, а вслед за этим и в Варшавском университетах. Но Иван Петрович не переехал ни в Томск, ни в Варшаву, так как 24 апреля 1890 г. его избрали профессором фармакологии в самой Военно-медицинской академии (бывшая Военно-хирургическая). Это место ученый занимал в течение пяти лет, до перехода на кафедру физиологии той же академии, ставшей вакантной после ухода профессора И.Р. Тарханова. Иван Петрович бессменно руководил этой кафедрой три десятка лет, успешно сочетая блестящую педагогическую деятельность с интересной, хотя и ограниченной по масштабам, научно-исследовательской работой сначала по физиологии пищеварительной системы, а в последующем по физиологии условных рефлексов.

     Важным событием в жизни и научной деятельности Павлова явилось начало работы в только что учрежденном Институте экспериментальной медицины. В 1891 г. меценат этого института принц Ольденбургский пригласил Павлова для организации и руководства отделом физиологии. Этот отдел ученый возглавлял до конца своей жизни. Здесь в основном были выполнены классические работы Павлова по физиологии главных пищеварительных желез, принесшие ему мировую славу и отмеченные в 1904 г. Нобелевской премией (это была первая премия, присужденная за исследование в области медицины) а также значительная часть его работ по условным рефлексам, обессмертивших имя Павлова и прославивших отечественную науку.

     В 1901 г. И.Н. Павлов был избран корреспондентом, а в 1907 г. действительным членом Академии наук. Нельзя не отметить одну особенность дореволюционного жизненного пути Павлова: почти все его достижения в науке получали официальное признание государственными учреждениями значительно позже их признания передовой научной общественностью страны и за рубежом. В то время когда царский министр не утвердил избрание Павлова профессором физиологии Томского университета, И. М. Сеченов, К. Людвиг, Р. Гейденгайн и др. уже считали его выдающимся физиологом, Павлов стал профессором лишь в 46 лет, а академиком лишь три года спустя после присуждения ему Нобелевской премии. В течение короткого периода времени он был избран членом академий ряда стран и почетным доктором многих университетов.

     Избрание Павлова профессором Военно-медицинской академии, работа в Институте экспериментальной медицины, выборы в члены Академии наук, Нобелевская премия существенно поправили финансовое положение его семьи. Вскоре после этих событий Павловы переехали в большую квартиру. Окна выходили на солнечную площадь, в высоких больших комнатах было много воздуха и света.

     Но условия научной работы Ивана Петровича и отношение к ней влиятельных царских чиновников оставались по-прежнему неблагоприятными во многих отношениях. Особенно остро ощущал Павлов нужду в постоянных сотрудниках. В отделе физиологии Института экспериментальной медицины, который служил основной базой его научно-исследовательской работы, у него работало всего два штатных научных сотрудника, в убогой лаборатории Академии наук один, да и тому Павлов платил из личных средств, на кафедре физиологии Военно-медицинской академии их число было также сильно ограничено. Военный министр и руководители академии, особенно профессор В. В. Пашутин, тогда крайне враждебно относились к Павлову. Их раздражал его демократизм, постоянное сопротивление произволу царских чиновников в отношении прогрессивных профессоров, студентов и слушателей академии. Павлов постоянно носил в кармане устав академии, чтобы в случае необходимости использовать его в своей борьбе.

     Всевозможные интриги против Павлова великого физиолога земли русской, каким его считал весь свет, по свидетельству К.А. Тимирязева, не прекращались вплоть до установления Советской власти. Хотя мировой авторитет Павлова заставлял официальные власти относиться к нему с лицемерной учтивостью, защиты диссертаций сотрудников Ивана Петровича зачастую проваливались, его учеников в званиях и должностях утверждали с трудом. Нелегко было Павлову оставлять при кафедре своих способнейших учеников после окончания академии и добиваться для них научных командировок в зарубежные лаборатории. Самого Павлова тоже долго не утверждали в звании ординарного профессора, ему одному из всех заведующих теоретическими кафедрами академии не давали казенной квартиры/Недруги ученого постоянно натравливали на него знатных дам-ханжей, вопивших о греховности научных опытов над животными, они же забаллотировали его кандидатуру при переизбрании на пост председателя Общества русских врачей, несмотря на проделанную Павловым большую работу в этом обществе, и т. п.

     Своим авторитетом, выдающимися научными достижениями, пламенным патриотизмом, демократическими взглядами И.П. Павлов как магнит притягивал к себе молодых энтузиастов науки. В его лабораториях проводили исследования, знакомились с разработанными ученым приемами операций, методиками экспериментов и т. п. многие студенты Военно-медицинской академии, специалисты, прикомандированные к Институту экспериментальной медицины, а также врачи из разных концов страны и из-за границы. Среди них были американские ученые Ф. Бенедикт и И. Келлог, английские У. Томпсон и Е. Каткарт, немецкие В. Гросс, О. Конгайм и Г. Николаи, японцы Р. Сатаке, X. Ишикава, бельгиец Ван де Пют, швейцарский невролог М. Минковский, болгарский врач Л. Починков и др.