W latach 1884–1885 wyjechał za granicę uzupełniać studia; pracował wtedy u Paula Flechsiga, doskonaląc wtedy swoją metodę mielogenetyczną, zwiedził też kliniki i laboratoria Meynerta, Westphala, Charcota, du Bois-Raymonda i Wundta. W grudniu 1884 roku minister zaproponował mu katedrę psychiatrii na Cesarskim Uniwersytecie w Kazaniu; Biechtieriew przyjął propozycję pod pewnymi warunkami (m.in. ukończenia swojej podróży naukowej).
W 1893 r. przeniósł się na katedrę macierzystej uczelni, gdzie zastąpił Mierzejewskiego.
W 1907 roku założył w Petersburgu własny Instytut Psychoneurologiczny, istniejący do dziś jako Państwowy Instytut Refleksologii im. Biechtieriewa.
Udział w życiu społecznym W Rosji carskiej Biechtieriew aktywnie uczestniczył w życiu społecznym i politycznym kraju. Głośno krytykował politykę państwa wobec problemów alkoholizmu i edukacji. Po wystąpieniu na zjeździe psychiatrów w Kijowie w 1905 roku został aresztowany na kilka godzin i upomniany.
W 1913 roku brał udział w procesie Menachema Bejlisa jako świadek obrony.