I denne perioden begynte han å arbeide med den anomale Zeeman-effekten og publiserte sine første resultat i 1921. To år senere utledet han et matemetisk uttrykk for g-faktoren som forklarte de fleste observasjoner av effekten og ga han stor anerkjennelse. I mellomtiden hadde han blitt utnevnt til professor «Extraordinarius» ved Universitetet i Tübingen hvor Zeeman-effekten var blitt eksperimentelt undersøkt av Friedrich Paschen og hans gruppe der.