На Воробьева непосредственно большое влияние оказал Алексей Белоусов, анатом, известный не только в Харькове, но и за границей. Уже на втором курсе Владимир Петрович настоял на том, чтобы его допустили до научной работы кафедры анатомии. Воробьев попросил Белоусова, чтобы тот дал ему задачу для самостоятельной работы. Алексей Константинович, хоть и видел в ученике большие способности, поначалу скептически отнесся к возможностям того в столь юном возрасте работать над серьезными научными проблемами, поэтому дал задачу описательного характера. Но Владимир Петрович не смирился, потребовал усложнения и добился своего. К концу года Владимир Воробьев закончил работу о сосудах и нервах сухожилий стопы. Работа эта поразила маститых докторов тщательностью проработки новой для медицины того времени темой, зрелостью размышлений, оригинальностью поставленных опытов. Так Воробьев уже очертил круг своих приоритетных интересов — иннервация внутренних органов.
Не меньший успех ожидал и следующие научные работы студента Воробьева. На старших курсах он одновременно написал сразу два труда. Один — о сравнительной анатомии ворот печени, другой — о вывихах костей запястья. Обе работы были удостоены золотых медалей, за работу о воротах печени Воробьев был удостоен премии им. Алексеенко, труды были опубликованы. Кстати, отношение Владимира Петровича к публикациям — это особая тема. Харьковский анатом никогда не спешил печатать свои работы и создал свою теорию «отдыха» от публикаций. Этот «отдых» не помешал ему за свою жизнь опубликовать около 300 научных работ.
С первых же дней обучения в университете проявились не только выдающиеся способности Воробьева как ученого — работоспособность, уникальная память, творческое мышление, но и его левые настроения, принесшие его карьере немало вреда. В первый же год своей учебы Владимир был вовлечен в студенческое движение, участвовал во всех забастовках и собраниях. В 1905 году он возглавлял профессиональный союз младших университетских служащих, лечил раненых на баррикадах студентов, предоставлял помещение для подпольных собраний. В Харьковском медицинском обществе инициировал составление самых смелых резолюций. Среди его сотрудников и учеников всегда было немало участников восстаний, авторов прокламаций. Немудрено, что еще до революции 1905 года Воробьев попал в «черный список» органов надзора.
По окончании университета (в 1903 году он получил диплом лекаря с отличием) Воробьев был оставлен на кафедре анатомии. Еще на старших курсах он был назначен препаратором кафедры. С декабря 1903 года работал помощником прозектора. Все знали, что никто лучше молодого сотрудника не может приготовить препараты, своими руками анатом изготовил множество новых макетов, нарисовал сотни плакатов. В 1904 году Владимир Петрович был избран действительным членом Харьковского медицинского общества и первым в университете был представлен к престижной премии Грубера. С этого же года Воробьев наряду с работой на кафедре нормальной анатомии в университете начал читать курс общей анатомии в университетской акушерской школе, а в 1905–1906 годах — в фельдшерской школе при Харьковской губернской земской больнице.
В 1906 году после возобновления нормальной работы университета Воробьев был назначен прозектором. Тогда он жил в комнате при анатомическом театре, на нем лежала огромная нагрузка в связи со все увеличивающимся количеством студентов. Два прозектора готовили научные материалы, препараты к лекциям и практическим занятиям, пополняли учебный музей. При этом Владимир Петрович вел и самостоятельный курс препарирования. Произошли перемены и в личной жизни прозектора. Вопреки желанию родственников с обеих сторон он обвенчался с секретарем деканата медицинского факультета Александрой Владимировной Кривцовой. С тещей отношения сразу не заладились, и молодые сняли квартиру в доме на улице Мироносицкой. Летом вместе с супругой Владимир Воробьев отправился в первую свою заграничную командировку.