Berlin i Prudnik mały|Willa rodziny Fränkel w Prudniku Po ukończeniu studiów pracował jako asystent i starszy lekarz pod kierunkiem – twórcy eksperymentalnej medycyny klinicznej – w szpitalu Charité w Berlinie. W tym czasie skupiał się na histologii, hematologii i chemii barwników. W 1882 r. otrzymał tytuł profesora. Kontynuując badania nad barwieniem tkanek, wyodrębnił komórki zasadochłonne, kwasochłonne i obojętnochłonne. Jego badania nad składnikami krwi stały się podstawą hematologii. Rozwinął także technikę wykrywania prątków gruźlicy, odkrytych w tym czasie przez Roberta Kocha. Sposób postępowania zaproponowany przez Ehrlicha, a następnie zmodyfikowany przez (1859–1926) i (1854–1898) jest używany także obecnie jako metoda Ziehla-Neelsena. Pracując nad zastosowaniem barwników, Ehrlich odkrył działanie błękitu metylenowego w leczeniu chorób nerwowych. Badał też reakcje chemiczne zachodzące w moczu osób chorych na dur brzuszny, testując leki eliminujące lub zmniejszające chorobę.