В конце 1907 года Владимир Воробьев завершил пятилетнюю работу над планом создания учебного анатомического музея Харьковского университета. К тому времени подобных заведений в Российской империи было три, и четвертым стал музей Воробьева. Харьковский подвижник не только тщательно подобрал и расставил экспонаты в необходимом для усвоения учебной программы порядке, но и разработал ряд новых методов для сохранения препаратов, их цвета и формы. Техника обезжиривания, отбеливания и просветления костей, наиболее выигрышная с учебной точки зрения их распиловка; окраска, маркировка и крепление, обработка связок и мышц, наливка сосудистой системы – все это нашло отражение в труде молодого педагога «К вопросу об устройстве анатомических учебных музеев», ставшее бесценным пособием для анатомов России и мира.

Алексей Константинович Белоусов уже давно видел талантливого ученика своим преемником в качестве руководителя кафедры. В марте 1908 года тяжело больной ученый в письме министру доказывал, что лучшим кандидатом на его место является Воробьев. В мае Алексей Константинович умер. В том же мае Воробьев защищал докторскую диссертацию на тему «Иннервация сухожилий у человека». Защита прошла с успехом. Воробьев впервые применил свой метод «просвечивания» препаратов электрическим светом, что позволило ему видеть все нервы сухожилия. Кроме докторской, в 1908?1909 годах у Воробьева вышли в свет и другие работы: «О поперечных перешнуровках желчного пузыря», «О веществах и аппаратах для обезжиривания костей», уже упоминавшийся труд об устройстве учебных музеев.

Но в сентябре 1908 года заведующим кафедрой был назначен гистолог реакционер Кульчицкий. Воробьеву же поручили читать ответственный курс нормальной анатомии. В том же году у Воробьевых родилась дочь Ирина. (Сын Юрий появился на свет через два года.) Владимир Петрович начал читать курс нормальной анатомии на частных Высших женских медицинских курсах, общую и специальную анатомию зубов в зубоврачебной школе Кривопускова. Тем временем в полицейских рапортах продолжала упоминаться его фамилия как постоянного участника сомнительных собраний и антиправительственных банкетов. В досье Владимира Петровича было написано: «Иметь в виду по поводу его кандидатуры в Харькове».

В мае 1909 года харьковский медик опять предпринял заграничную командировку, посетил знаменитого немецкого анатома Леопольда Штиду. Известна история о том, как, ожидая в кабинете своего именитого коллегу, Воробьев, чтобы убить время, отпрепарировал полукружные канала на височных костях, лежавших на столе профессора. Работа эта требует немало времени и большого искусства, и Штида был так восхищен, что изменил тему пары и после перерыва рассказал немецким студентам о полукружных каналах, показал препараты и представил ученикам русского анатома. У Штиды Воробьев занимался исследованием нервов желудка. Владимир Петрович открыл особое нервное сплетение, лежащее под серозной оболочкой желудка собаки.

Но анатом с мировым именем никак не мог получить признания вышестоящего начальства. Заведовать кафедрой нормальной анатомии в Харькове был назначен проработавший пятнадцать лет тюремным врачом в Таганроге Зоммер. Воробьев впоследствии рассказывал, что не мог без смеха смотреть на то, как его начальник делает разрез. Владимир Петрович утверждал, что Зоммер требовал от студентов лишь знания описательной номенклатуры, запретив задавать вопросы, «каким путем и в силу каких причин». Сам же Воробьев к тому времени вполне утвердился во мнении, что именно выяснение причинных связей, функционального назначения органов в связи с их формой, изучение организма в целом является главной задачей анатома. Крупный ученый не мог быть удовлетворен ролью средневекового книжника, знающего миллион названий и не желающего понимать, почему все именно так, а не иначе.