По протекции научного руководителя способного выпускника через год приняли на кафедру истории для «приготовления к профессорскому званию». Грушевский сдал магистерские экзамены, а в мае 1894-го защитил магистерскую диссертацию «Барское староство. Исторические очерки», посвященную истории Подолья XIV–XVIII веков. В этот период своей жизни он принимал активное участие в деятельности Киевской «старой» Громады — организации украинской интеллигенции.
1894 год стал переломным в жизни молодого ученого: по рекомендации В. Антоновича Грушевский был утвержден профессором кафедры всемирной истории Львовского университета. Во Львове он наряду с напряженной лекционной работой с головой ушел в деятельность Научного общества им. Т. Шевченко (НОШ), где был избран руководителем философско-исторического отдела и редактором «Записок Научного общества им. Т. Шевченко».
Возглавив общество в 1897 году, ученый превратил его в подобие украинской Академии наук. В НОШ начали работать историческая, философская и естественно-математическая секции, действовали музей, библиотека, типография, книжный магазин. По инициативе М. Грушевского начался выпуск «Источников к истории Украины-Руси» — уникального этнографического сборника.
Еще во львовский период своей деятельности ученый решился воплотить в жизнь давнишнюю творческую мечту — создать обобщающую работу по истории Украины. Это казалось ему делом чести своей и своего поколения. В 1899 году вышел первый том монументального труда Грушевского «История Украины-Руси». Вначале предполагалось издать трехтомное сочинение, но по мере исследовательской работы труд разрастался и в итоговом варианте представляет собой неоконченный десятитомник. До 1913 года вышло семь томов и первая половина восьмого. Последний, десятый, том был опубликован уже после смерти ученого, в 1937-м. Позже увидели свет и краткие, так сказать, «полумерные» варианты этой работы: «Очерк истории украинского народа» (1904) и «Иллюстрированная история Украины» (1911). В этих сочинениях М. С. Грушевский, опираясь на обширный документальный материал, данные этнографии и археологии, доказывал, что история украинского народа началась не с ХІV века, как до этого считалось, ас IV века, со времен славянских племен антов. Первым украинским самостоятельным государством была Киевская Русь, преемницей которой ученый считал не Владимиро-Суздальскую, а Галицко-Волынскую землю. В сжатом виде свою концепцию Грушевский изложил в ставшей широко известной статье «Обычная схема Русской истории и дело рационального изложения истории восточного славянства». С воодушевлением воспринятая славянской интеллигенцией, статья встретила неприятие и осуждение в официальной российской историографии.
Грушевскому во время работы во Львовском университете удалось создать свою историческую школу, к которой принадлежат такие известные украинские историки, как И. Крипьякевич, И. Джиджора, Е. Трелецкий, С. Томашевский.
В Галиции Михаил Сергеевич начал и политическую деятельность. Довольно быстро он сблизился с представителями демократической элиты Западной Украины, в частности с выдающимся поэтом, ученым и общественным деятелем И. Я. Франко. Профессор Грушевский стал одним из инициаторов основания Украинской национально-демократической партии, заняв в ней пост заместителя председателя. Но довольно скоро он разошелся с большинством руководства партии, так как отстаивал более радикальные позиции. Свои взгляды ученый смог выразить на страницах журнала «Литературно-научный вестник», где стал проводить идею равноправия украинцев с поляками, русскими и австрийцами. Это вызвало обострение отношений с влиятельными польскими кругами, которые фактически похоронили его идею создания во Львове украинского университета.
Зато в личной жизни Михаила Сергеевича все обстояло благополучно. В 1896 году он женился на учительнице одной из местных школ — Марии Вояковской. А через 4 года в семье Грушевских появился их единственный ребенок — дочь Катя (Кулюня, как ее называли родители).
С началом первой российской революции 1905 года Грушевский с семьей возвратился на Приднепровскую Украину, поселившись в Киеве, в особняке, построенном на деньги отца. Царским манифестом от 17 октября 1905 года в Российской империи были провозглашены демократические права и свободы, упразднялись ограничения на украинское печатное слово. Поэтому в Киев из Львова было переведено издание «Литературно-научного вестника», а через год под редакцией Грушевского стал выходить журнал «Украина».
Грушевский принимал активное участие в работе украинской фракции І Государственной думы. В многочисленных публикациях он выступал за автономию Украины в составе федеративной России, призывал правительство стимулировать развитие языков и культуры национальных меньшинств.