Февральская революция и долгожданное падение монархии в России устранили препятствия к возвращению семьи Николаевых на родину. В августе 1917 года Лев Петрович Николаев отправился на Украину и поселился в Харькове, где жил его дядя П. Л. Успенский, родственник писателя Глеба Успенского. В Харькове Лев Петрович поступил на третий курс медицинского факультета Харьковского университета, который в те годы был переименован в Высшую Школу Украины. Окончил обучение в нем в 1920-м и в том же году начал трудовую деятельность ассистентом кафедры анатомии биологического факультета Харьковского университета и одновременно, под руководством выдающегося деятеля науки Украины проф. Н. И. Ситенко, — ординатором Харьковского медико-механического института (позднее — Украинского института ортопедии и травматологии им. Н. И. Ситенко).