Haavelmo fullførte sin cand.oecon.-grad i 1933 og begynte som regneassistent for Ragnar Frisch ved det frittstående Økonomisk institutt. Sommeren 1935 begynte Haavelmo hos Rikstrygdeverket, men fikk raskt ny stilling som leder av Frisch' beregningsavdeling. Haavelmo assisterte Frisch i hans pionerarbeid med makroøkonomiske ligninger for konjunktursvingninger. Tross det nære samarbeidet mellom Frisch og Haavelmo publiserte de bare to små forskningsartikler sammen. Haavelmo ble en talsmann for en empirisk tilnærming til økonomifaget. Tjalling Koopmans og Jan Tinbergen besøkte Frisch og instituttet flere ganger og Koopmans kan være en av Haavelmos inspirasjonskilder. I årene 1936-1939 besøkte Haavelmo en rekke læresteder blant annet London (der han møtte Jerzy Neyman), Paris, Berlin, Genève (der han møtte Jan Tinbergen), og Oxford (der han møtte Jacob Marschak). Haavelmo arbeidet også en kort tid som statistikklærer i Århus. I 1939 reiste han til USA der han ble kjent med ledende økonomer ved eliteuniversitetene, blant annet ble et utkast til doktoravhandling lest av Joseph Schumpeter ved Harvard. Haavelmo var i USA ved invasjonen av Norge, og ble etter Pearl Harbor ansatt i Nortraship. To av Haavelmos viktigste arbeider ble publisert under krigen ( 1943 og 1944). Etter krigen arbeidet han ett år for Cowles Commission for han reiste hjem til Norge. Haavelmos arbeid var blant annet motivert av ulikhetene i verden (slik det fremkommer i boken fra 1954), senere i livet ble han også opptatt av miljøspørsmål og begynte å tvile på om miljøutfordringene lot seg løse med en voksende befolkning og økende forventninger til materielle velstand. Haavelmo var den første som fikk nobelprisen for sine økonometriske arbeider. Av prispengene donerte han 2 millioner kroner til Økonomisk institutt.