W tym roku powrócił do rodzinnego Kalisza i otworzył tam praktykę lekarską, którą prowadził do roku 1857.
W roku 1858 powołano go na docenta anatomii warszawskiej Akademii Medyko-Chirurgicznej, później na profesora nadzwyczajnego Szkoły Głównej, na koniec na profesora zwyczajnego Cesarskiego Uniwersytetu Warszawskiego.
Neugebauer zdobył europejską sławę jako twórca nowoczesnej ginekologii w Imperium Rosyjskim i wynalazca nowych metod i przyrządów operacyjnych. Opublikował ponad 175 prac z dziedziny ginekologii, pisanych w pierwszych latach po łacinie i po niemiecku, od 1850 także po polsku i pod koniec życia po rosyjsku, opatrzonych własnoręcznymi ilustracjami. Był członkiem ponad 30 rodzimych i zagranicznych naukowych towarzystw lekarskich. Pozostawił gigantyczną bibliografię ginekologii i położnictwa, która obejmowała wszystkie publikacje od czasów starożytnych do roku 1874. Swój bogaty księgozbiór zapisał warszawskiemu Towarzystwu Lekarskiemu.