Po roku otrzymał stypendium naukowe od Ministerstwa Oświaty Narodowej, dzięki któremu mógł wyjechać do Niemiec i podjąć studia filologii klasycznej w Würzburgu (1901–1902), a następnie w Lipsku (1902–1903). W latach 1904–1906 pracował nad doktoratem we Fryburgu. Jego dysertacja zatytułowana „Legiony w prowincji Mezja od Augusta do Dioklecjana” została w 1906 wydrukowana w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Klio”.

Wiosną 1906 powrócił do Bułgarii, po czym przez kilka miesięcy pracował jako nauczyciel gimnazjalny. Jesienią tego samego roku został, na własną prośbę, oddelegowany do pracy w stołecznym Narodowym Muzeum Archeologicznym. Tam popadł w konflikt na płaszczyźnie naukowej z dyrektorem placówki, Wacławem Dobruckim. Spór zakończył się odejściem Dobruckiego. 20 lutego 1910 Fiłow przejął jego obowiązki, zaś 1 czerwca 1911 został oficjalnie mianowany nowym dyrektorem muzeum. Stanowisko to piastował przez niemal dziesięć lat, do lipca 1920.

W 1910 napisał jedną ze swoich najlepszych prac, studium zatytułowane „Archeologiczne paralele” (bułg. Археологически паралели), które do dziś jest wykorzystywane przez studentów i wykładowców jako podręcznik wiedzy o sztuce antycznej.