Вернувшись в 1835 году в Россию, Иноземцев читает в Академии наук лекцию «Обзор операций, назначаемых в каменной болезни». Предполагается, что он получит кафедру в родном Харьковском университете. Однако произошло событие, из-за которого и сегодня порой ломают копья историки медицины. Пирогов, имевший к тому времени самые блестящие характеристики и серьезные научные работы (отмеченные, как мы помним, двумя золотыми медалями), настоятельно высказывал желание получить в Московском университете кафедру медицины. Однако на кафедру эту был направлен не он, а Иноземцев. Сразу пошли сплетни о каких-то интригах, в том числе со стороны самого Иноземцева (иногда всплывающие и сегодня).
Меж тем сохранилось множество свидетельств того, что Иноземцев всегда радовался успехам дерптского однокашника и гордился им. Дело в другом: попечитель Медицинского института Московского университета граф Строганов нисколько не сомневался в талантах Пирогова, но его смущала молодость набирающего известность хирурга (Пирогову еще не исполнилось и двадцати пяти лет, и Строганов полагал, что молодому человеку трудно будет завоевать должный авторитет у своих студентов, в большинстве ровесников Пирогова). Тридцатитрехлетний Иноземцев (тоже обладатель прекрасных характеристик) выглядел как-то солиднее, что ли. К тому же пронесся слух о смерти Пирогова (и в самом деле слегшего тогда в Ревеле с тяжелой формой тифа). Так что кафедра досталась Иноземцеву. Весной 1839 года он «с высочайшего соизволения Государя Императора был отправлен за границу для узнавания современных усовершенствований по части практической хирургии с сохранением жалованья». Совершенствовался Иноземцев в университетах Германии, Франции, Италии, а вернувшись в 1840 году, по поручению министра народного просвещения «обозревал сравнительно с иностранными заведениями госпитали и учебные заведения в Санкт-Петербурге» и по итогам составил целый трактат по совершенствованию высшего отечественного медицинского образования. Не в последнюю очередь благодаря этому труду в Медицинском институте открылись факультетские и госпитальные клиники. Газета «Московские губернские ведомости» писала: «По общему признанию всех обозревавших подобные учреждения на Западе, факультетские клиники превосходят их и удобством помещения, и богатством пособий».
Иноземцев поставил перед собой цель: «Образовать как можно более научно-практических врачей». Разработал методы исследования разных болезней, их лечения и профилактики. Его студенты уже к третьему курсу осваивали амбулаторный прием больных, в целях тренировки наблюдательности вели подробные дневники, то есть истории болезни, умели накладывать повязки, ставить припарки, применять мази, а к пятому курсу уже самостоятельно оперировали.
Именно Иноземцев 1 февраля 1847 года впервые в России применил при операции эфирный наркоз – за неделю (по другим свидетельствам – за две) до Пирогова. Вместе со своим однокашником по Дерпту, ставшим уже профессором, А. М. Филомафитским и его учениками Иноземцев немало сделал для изучения действия наркоза, был членом комитета «по вновь открытому способу проведения без боли хирургических операций».
Подобно многим, он занимался и частной практикой. Среди его пациентов – Н. В. Гоголь, Т. Н. Грановский, И. С. Тургенев, Н. М. Языков, М. С. Щепкин, А. С. Хомяков, немало представителей высшей аристократии. Однако Федор Иванович принимал и лечил не только знать, знаменитостей и богачей. М. П. Погодин вспоминал: «Московские обыватели обязаны ему благодарностью за то, что в течение двадцати пяти лет в его доме до 50 человек бедных (ежегодно. –
Иноземцев активно участвовал в работе Медицинского совета Министерства внутренних дел (в то время занимавшегося самыми разными вопросами государственного устройства), многих комитетов и комиссий, стал инициатором Съезда русских врачей и естествоиспытателей, на свои средства основал «Медицинскую газету», двадцать лет (1858–1878) служившую рупором русского врачебного сословия.
Еще одно выдающееся его достижение – основание в Москве Общества русских врачей. Когда Александр II высочайше утвердил устав, пост председателя предложили Иноземцеву, но он отказался в пользу профессора Соколова и безвозмездно передал Обществу «Медицинскую газету», свою богатую библиотеку и обширный хирургический инструментарий.
Именно он распознал в студенте Иване Сеченове будущее мировое светило физиологии и рекомендовал его для подготовки к занятию профессорской должности на медицинском факультете Московского университета.