Научный интерес И.П. Павлова в исследованиях по физиологии кровообращения был прикован к проблеме нервной регуляции кровообращения и к характеру действия центробежных нервов на сердце. Иван Петрович упорной тренировкой приучал подопытных собак лежать на столе без наркоза и спокойно переносить все манипуляции. Так были выявлены новые важные закономерности рефлекторной саморегуляции деятельности сердца и сосудов, проведены исследования влияния нервной системы на кровяное давление. Павлов развил теоретическое положение о различных чувствительных механизмах во всех органах, приспособленных к раздражителям механического, физического или химического характера, играющих важную роль в рефлекторной регуляции функций организма (сейчас мы понимаем, что речь шла о рецепторах). В этот период были заложены основы учения о нервной регуляции трофики питания (оформлено в 1920 г.). В 1888 г. Павловым была разработана и опубликована методика изолирования бьющегося сердца млекопитающего. Но приоритет в этом вопросе был отдан Е. Стерлингу (1898). На основании своих экспериментальных данных Павлов сделал еще одно открытие: в кровь при протекании через легкие поступает какое-то антисвертывающее вещество. Много лет спустя открытие подтвердилось: первоначально из печени, а в последующем и из тканей легких был выделен гепарин, который нашел широкое применение в медицинской практике.
Второй период жизни И.П. Павлова характеризуется его работами в области физиологии пищеварения, они-то и принесли ученому настоящую славу. В этот момент он — профессор кафедры физиологии ВМА, а также руководитель лаборатории физиологии Института экспериментальной медицины (ИЭМ), созданного в 1891 г. на средства мецената — принца Ольденбургского. Здесь ученый работал до конца своей жизни, здесь были выполнены классические исследования по физиологии главных пищеварительных желез, отмеченные в 1904 г. Нобелевской премией, а также значительная часть его работ по условным рефлексам, обессмертивших имя Павлова и прославивших мировую науку.
Лишь в 46 лет Павлов стал профессором, в то время как за границей его уже считали выдающимся физиологом. В 1901 г. И.П. Павлов был избран членом-корреспондентом, а в 1907 г. действительным членом Академии наук. Материальное положение семьи Павловых заметно поправилось. Вскоре Павловы переехали в большую квартиру.
Но условия научной работы Павлова оставались по-прежнему неблагоприятными. Не хватало сотрудников. Тем, что были, Павлов платил из личных средств. Военный министр и руководитель академии враждебно относились к Павлову из-за его демократизма со студентами. Иван Петрович постоянно носил в кармане устав академии, чтобы в случае необходимости его использовать. Он был нетерпим к любым проявлениям невежества, от кого бы они ни исходили. В 1903 г. фрейлина императрицы, председательница Главного правления Российского общества покровительства животным баронесса Мейендорф обратилась к военному министру с письмом «О вивисекции, как возмутительном и бесполезном злоупотреблении во имя науки», в котором, в частности, говорилось о плохом содержании в ВМА лабораторных животных, главным образом собак, а также о злоупотреблениями вивисекциями. Военный министр поручил Конференции академии дать заключение.
