Стараясь не допустить отъезда Павлова за рубеж, правительство создало ему особые условия для продолжения работы. Постепенно центр ее переместился в село Колтуши под Петроградом, где для Павлова был организован институт (ныне Институт физиологии имени И. П. Павлова РАН). В 30-е годы Колтуши стали местом паломничества физиологов мира. К концу жизни Павлова десятки научных сотрудников занимались там разработкой проблем высшей нервной деятельности.

Говоря о важности и необходимости своевременного перехода ученого на самостоятельную научную работу Иван Петрович указывал, что сам он такую возможность впервые получил, работая в лаборатории С. П. Боткина. Несмотря на большие трудности и лишения того времени, он все же был склонен считать этот период решающим в формировании его особенностей не только как ученого-исследователя, но наиболее интересным и содержательным во всей его жизни. Именно в это время сложился тот стиль работы, который сделал Павлова главой самой крупной физиологической школы, превосходящей по числу учеников всемирно известную школу Карла Людвига.

Вместе с тем сейчас уже можно с полной определенностью утверждать, что период работы с Устимовичем позволил Павлову многому научиться у него, освоить и перенять известные приемы, а также правила классической и по тем временам лучшей в Европе людвиговской физиологической школы. И не только освоить, но и закрепить заложенные еще в университете Ционом, Овсянниковым, Бакстом понимания механизмов управления функциями, проверить их экспериментально с согласия и полной поддержки своего благородного наставника профессора Устимовича. В это же время Павлову по рекомендации Устимовича удалось еще съездить в Бреславль к Гейденгайну и там недолго поработать в первоклассной лаборатории, в которой исследовали процессы пищеварения (1877).

В ряду соотечественников, работавших в то время в лабораториях Гейденгайна и Людвига, Павлов занимал особое положение. Оно определялось тем, что все его прямые учителя: Овсянников, Бакст, Цион, Устимович, Боткин, а также Сеченов успели еще до Павлова пройти именно эту школу, овладеть многими методическими тонкостями и новыми идеями. И не только овладеть, но передать их в благодарные руки своих российских учеников, в том числе Павлова. Так что поездка к Гейденгайну и позже к Людвигу позволила Ивану Петровичу не только расширить диапазон уже освоенных им ранее и усовершенствованных методических приемов, но и пополнить новыми экспериментальными материалами уже имеющийся научный багаж и научную идеологию вопроса – стремление и возможность изучать целостный организм в нормальном состоянии, что навсегда стало определяющим и решающим в его научном творчестве.

И еще одна сторона. Именно в этот период работы на кафедре Медикохирургической академии и, разумеется, благодаря Константину Николаевичу Устимовичу отчетливо проявилась научная самостоятельность великого физиолога, который, как и Сеченов, обладал самобытным талантом и разрабатывал свои собственные творческие идеи. Именно здесь, в лаборатории Устимовича, Павлов впервые провел ряд самостоятельных работ.

На протяжении всей своей научной жизни Павлов считал своим учителем Клода Бернара, хотя непосредственно у него не учился и не работал. Зато из петербуржцев работал у него Сеченов и любимые учителя: Цион, Боткин, Овсянников, коллеги по академии – И. Р. Тарханов, H. М. Якубович. Особенно отчетливо прозвучало отношение Павлова к Бернару в его выступлении в ноябре 1925 года на церемонии избрания почетным членом Парижского университета. Вот что он сказал: «…Это отличие делает меня еще более счастливым от того, что я получил его там, где жил и работал Клод Бернар, подлинный вдохновитель моей физиологической деятельности. Его знаменитые лекции с такими живыми описаниями биологических экспериментов, сила и покоряющая ясность его мысли, очарование его исследовательского ума привлекли меня в моей юности и натолкнули на работы, которые наполнили и до сих пор наполняют всю мою жизнь». (Неопубликованные и малоизвестные материалы И. П. Павлова. Л.: Наука, 1975. – С. 77).

Как показывает анализ научного наследия Павлова, в его творчестве нашли не только отражение, но и дальнейшее развитие мысли, идеи, результаты, открытия, взгляды его учителей. Это и биологические направления Гейденгайна, и точные методы исследований Людвига, и нервизм Бернара, Циона, Овсянникова, Бакста, Устимовича, Боткина.

Как стало известно позже, экспертизу поступивших номинаций И. П. Павлова в 1901 году Нобелевский комитет поручил заведующему лаборатории Каролинского института профессору Юхану Юханссону (1862–1938) и финскому физиологу, члену Нобелевского комитета по физиологии и медицине Роберту Тигерштедту (1853–1923). Для того, чтобы экспертное заключение было максимально объективным, убедительным и результативным, в 1904 году оба ученых отправились на целых три недели в Петербург. Поездка была конфиденциальной, без какого-либо оглашения конечной цели. Единственной задачей визита явилось детальное знакомство с постановкой, ходом выполнения и итогом работ Павлова, касающихся сугубо пищеварительной функции. Командировка завершилась положительным заключением. Доклад о результатах инспекции был весьма доброжелательно воспринят Нобелевским комитетом и без каких-либо сомнений ассамблея Каролинского института единодушно провозгласила И. П. Павлова 20 октября 1904 года четвертым лауреатом Нобелевской премии по физиологии или медицине. Формула присуждения звучит так: «За работы по физиологии пищеварения, которые изменили и расширили наши представления в этой области».

Павлов получил премию четвертым, но получил ее именно тогда, когда и должен был получить. И в этом была своя логика. А суть ее в том, что три предшественника объединены одним общим качеством, которое, скорее, напоминает великую помощь страждущему, а присуждение этой престижной награды – реальная благодарность спасенных. Более того, это был немедленный, сиюминутный ответ человечеству. И действительно:

Эмиль Беринг – премия 1901 года. Создав противодифтерийную сыворотку, он спас тем самым многие тысячи уже обреченных на смерть.

Рональд Росс – премия 1902 года. Предложив эффективный метод борьбы с одним из чудовищ всех континентов – малярией, он создал эффективный способ избавления от недуга, которым страдали многие миллионы жителей планеты.

Наконец, Нильс Финсен – премия 1903 года. Он разработал и доказал на практике исключительную эффективность оригинальных целенаправленных методов светолечения. Такой подход клинической медицины на грани веков оказался в тот момент исключительно актуальным в лечении заболеваний и открыл новое направление в медицинской науке.

Теперь о Павлове. Исследования Ивана Петровича носят иной характер. В Нобелевской лекции главную задачу физиологии он сформулировал точно и четко: «…проникать все глубже и глубже в нашем познании организма, как чрезвычайно сложного механизма». Таким образом, в отличие от трех его коллег, исследования Павлова были направлены на решение проблем физиологии и медицины будущего и носили сугубо фундаментальный характер.

Были у Павлова и конкуренты в 1904 году. Конкуренты очень серьезные. Главный из них – немецкий ученый Роберт Кох. Своими работами он доказал инфекционную природу туберкулеза, открыл его возбудителя и создал методы выявления возбудителя в тканях тела. Все это исключительно весомо и значимо. Тем не менее Нобелевский комитет и Ассамблея Каролинского института засвидетельствовали взвешенность принимаемых решений. Нобелевским лауреатом Кох стал годом позже.