W latach 1867 and 1868 na stanowisku asystenta w Ospedale di San Matteo. Wtedy rozpoczął bliższą współpracę z Giulio Bizzozero. Mimo pewnych sukcesów i zdobytej pozycji w środowisku naukowym Pawii nie uzyskał posady na uczelni. Z powodu trudności finansowych, pod presją ojca, przerwał akademicką karierę i od 1 czerwca 1872 podjął dobrze płatną pracę w Pie case degli Incurabili w Abbiategrasso. Z dala od ośrodków akademickich, kontynuował jednak pracę naukową w skromnym laboratorium urządzonym przez siebie w kuchni.
W 1875 przeniósł się do Pawii, w 1876 został mianowany profesorem histologii. W 1881 otrzymał katedrę patologii ogólnej na Uniwersytecie w Pawii. Był dziekanem wydziału medycyny na tej uczelni, a później także rektorem. W 1918 przeszedł na emeryturę.
W 1877 ożenił się z Liną Aletti, siostrzenicą Giulio Bizzozero. Nie mieli dzieci, adoptowali siostrzenicę Golgiego, Carolinę Golgi-Papini, i syna bratowej Golgiego, Aldo Perroncito.
Zmarł 21 stycznia 1926 z powodu grypy powikłanej posocznicą, został pochowany na Cimitero Monumentale di Pavia.