А в 1915 году с подачи И. П. Павлова и других академиков магистру Н. К. Кольцову предложили членство в Петербургской академии наук (где в то время преобладали гуманитарные науки) по биологическому разряду отделения физико-математических наук. Тогда же Академия предложила ему возглавить вновь создаваемую кафедру экспериментальной биологии в Москве. В 1923 году он опубликовал работу «Генетический анализ психических особенностей человека». В эти годы Кольцов проводил опыты по биохимической генетике человека и животных. Объектами изучения были группы крови и фермент каталаза. В его Институте обследовали однояйцевых и разно-яйцевых близнецов. В 30-е годы эти темы перешли в Медико-генетический институт.

Созданный им институт экспериментальной биологии представлял в то время небольшую, но хорошо оборудованную лабораторию. Потрясения 1917 года лишили его институт всех необходимых средств (доходило до того, что нечем было кормить животных, не говоря уже про жалование сотрудников). В это непростое время, Н. К. Кольцов, уже собрал вокруг себя талантливых учеников (среди них был и Н. В. Тимофеев-Ресовский).

В начале 1920 года организованные им биостанции были объединены, и получили название Центральной станции по генетике сельскохозяйственных животных, директором которой стал Николай Константинович.

Но в 1920 году Н. К. Кольцов был арестован и привлечён к суду по делу «Тактического центра», который объединил критиков большевистской власти. Участниками обсуждений Центра были известные лица: философ Н. А. Бердяев, экономист Н. Д. Кондратьев, А. Л. Толстая и другие. Там обсуждали сценарии жизни страны после возможного падения большевиков. Терроризмом Центр не занимался и его не поддерживал, но ЧК провела аресты. М. Горький и ученики Николая Константиновича отправили властям, лично Ленину письма по поводу арестов Н. К. Кольцова и других, так как им грозил расстрел. А в 1921 году участников процесса амнистировали и учёному уже не вспоминали эти события ни при Ленине, ни позже.

В начале 1920-х годов изучение евгеники поддерживали многие прогрессивные медики и общественные деятели, как в СССР, так и за её пределами. Н. К. Кольцов, который видел в евгенике целостное изучение человека, предложил петроградскому коллеге Ю. А. Филипченко совместную работу на эту тему. 15 октября 1920 года в Москве при Институте экспериментальной биологии было создано Русское евгеническое общество, где он принимал самое активное участие. Под его редакцией вышли в свет 7 томов «Русского евгенического журнала». Учёный отмечал «богатство русской народной массы ценными генами». Русские евгеники продолжая гуманистическую традицию, изучали генетику и эволюцию человека, генетику и эволюцию его популяций, конституцию и типологию человека, его психологию и поведение, а также патографии людей и др.

В 1921 г. кольцовцы рентгенизировали грибных дрозофил и мелких ракообразных, получив изменённые формы, но данные не публиковались, опасаясь ошибок, так как не было базы для сравнения результатов с уже известными мутациями ещё во время Первой мировой войны.

В 1929, наступил «год великого перелома», началось наступление и на «старую» профессуру. Выявляли «классовых врагов, засевших за микроскопами». В список учёных, авторов «вредительских теорий», к концу 20-х годов попали все наши крупные биологи. Н. К. Кольцова разоблачали как евгеника. «Виноват» он был и в своей попытке «возглавить позицию единства теории и практики». При перестройке в Московском университете его кафедру упразднили. Вместо неё появились пять новых дочерних кафедр Биологического факультета, которые возглавили пять его учеников. Шестую позже основал эмбриолог-кольцовец Д. П. Филатов.