Fra 1862 til 1863 studerte Vermehren i Nederland, Paris og Italia. I 1864 ble han medlem av Akademiet og kort tid etterpå lærer ved dets modellskole og han arvet Wilhelm Marstrands professorat der ved dennes død i 1873. Til hans beste verker fra årene etter er en serie portretter i kroppsstørrelse, for eksempel av maleren Sonne og general Jonquiéres, det siste er i Fredriksborgsmuseet. Også disse arbeidene imponerer gjennom en særdeles dyktig gjengivelse av formen og ikke mindre gjennom den ærlighet og grundighe som naturen er oppfattet med og skildret i smått og stort. I sitt foredrag er Vermehren den ypperste av alle danske malere.