据说他当时回日本后，在福泽谕吉等人的帮助下，创建了隶属大日本卫生会的私人传染病研究所，并担任所长一职。他的这一行为，率先在日本开展对传染病和细菌学的研究。在1893年，他为了能够收容结核病患者进行治疗，于是投资建立了养生园，担任园长。1894年的时候，香港爆发了淋巴腺鼠疫，于是接到命令的他于5月，赶赴疫区并开展实地调查，最终分离出了这种疾病的致病因子－鼠疫杆菌。

历经三年之后，他又创办了北里细菌学研究所，开始从事痢疾细菌学方向的研究。之后，日本细菌学家志贺洁在他的建议下，分离出了痢疾杆菌，也就是现在的志贺氏菌。1914年，他辞去了医学研究所的所长一职，于1917年在庆应义塾设立了医学部，任部长。

1923年担任日本医师会会长一职，与1924年被封为男爵，并成为学士院院士、贵族院议员、以及英国皇家学会会员等诸多名誉会员。此外，他还是《北里实验医学》杂志的主编，同时还发表了关于细菌学方面的论文。