回国出任国立北京医学专门学校病理学教授。期间，他创建了中国自办的第一所医学院校中的病理研究室，并首先开始用中文讲授病理学。1926年北伐战争时，曾担任国立第二中山大学医科教授。1927年，出任国民革命军总司令部军医处卫生科长。北伐军攻克南京后，负责接管鼓楼医院。宁汉分裂后，他回绝了何应钦提名的军医处长之职，回到北平任国立北平大学医学院院长。1932年起，出任北平大学代理校长。抗日战争爆发后，北平大学与北平师范大学、北洋工学院迁往陕西成立国立西安临时大学，徐诵明出任校务委员会常务委员。1938年改为国立西北联