1912 г. начался со сдачи экзаменов в Юрьевском (Тартусском) университете для получения российской ученой степени магистра геологии и геогнозии. Геологические исследования полуострова Муравьёва-Амурского и близлежащих островов в течение четырех месяцев 1912 г. сопровождались присвоением названий (около 60) безымянным бухтам, мысам, вершинам и т. п. (впоследствии некоторые переименованы)[8]. Собранные коллекции геологических образцов и минералов были направлены в Геологический музей АН и музей Общества изучения Амурского края.

В результате работ этого года Общество изучения Амурского края отметило руководителя экспедиции награждением премией им. Ф.Ф. Буссе[9].

По поручению Инженерного управления тем же летом П. Виттенбург проводил геологические изыскания в связи с укреплением крепости Владивосток.

Осенью, вернувшись из экспедиции, Павел получил предложение Ф.Н. Чернышева участвовать в конкурсе на новую должность младшего ученого хранителя Геологического музея АН.

По замыслу академика Ф.Н. Чернышева музей должен был стать национальным русским геологическим музеем – центром научной теоретической разработки фундаментальных вопросов геологии: истории, строения и жизни земной коры.

Это направление деятельности наиболее соответствовало научным интересам Павла Виттенбурга, о чем свидетельствуют публикации тех лет.

Поступление на службу в Императорскую академию наук предоставляло огромные возможности для реализации научных замыслов ученого во многих направлениях. Восемнадцать лет работы в академии явились самым плодотворным периодом его жизни: это участие в экспедициях с обобщением их результатов, научно-организационная и педагогическая работа.

В 1913 г. академия сочла необходимым продолжить геологические исследования о-ва Шпицберген, начатые В.А. Русановым. Геологическая часть была поручена младшему ученому хранителю Музея – Павлу Виттенбургу, а оценка найденного там месторождения каменного угля – горному инженеру Р.Л. Самойловичу, участнику прошлогодней экспедиции Русанова.

Были обследованы триасовые отложения и каменноугольные месторождения Айс-фиорда, Белзунда и о-ва Акселя, где Виттенбург обнаружил верфенские отложения с фауной[10].

Экспедиция на о-в Шпицберген сыграла решающую роль в формировании направления научных интересов Павла Владимировича. Красота Арктики, безграничность ее просторов, неизученность природы, отвага и героизм исследователей покорили молодого ученого на всю жизнь. Его экспедиции, тематика курсов лекций – «Физическая география Арктики» и «История исследования полярных стран», организация Отдела полярных стран в Геологическом музее АН, активное участие в работе академической постоянной Полярной комиссии с момента ее основания в 1914 г., а также дальнейшие публикации были посвящены полярной проблематике.

Непосредственно приступить к изучению геологии Крайнего Севера удалось лишь через несколько лет, так как необходимо было закончить работу на Северном Кавказе и подвести итог исследованиям полуострова Муравьёва-Амурского. На Кавказе были проведены еще две экспедиции в 1914 и 1916 гг., в этом же году вышла в свет монография «Геологическое описание полуострова Муравьёва-Амурского и архипелага императрицы Евгении» со многими иллюстрациями и геологической картой. Книга вышла в качестве ХV тома «Записок Общества изучения Амурского края».

В это же время отдел торговых портов Министерства торговли и промышленности России предложил Виттенбургу занять (по совместительству) должность геолога гидрогеологического отдела и совместно с Р.Ю. Гутманом и И.Д. Лукашевичем приступить к составлению гидрометеорологического очерка устья р. Енисея и Енисейского залива в связи с необходимостью строительства северного порта