I 1972 forsvarte Gustavsen sin doktoravhandling ved Universitetet i Oslo, og ble dr.philos. Han ble da instituttsjef ved Arbeidsforskningsinstituttet, noe han var frem til 1983. Fra 1986 til 1995 kombinerte Gustavsen en stilling ved Arbeidsforskningsinstituttet med et professorat ved Arbetslivscentrum i Stockholm. Fra 1995 til 1999 fortsatte han i Stockholm, men var samtidig professor II ved Universitetet i Oslo. Fra 2000 var han professor II ved NTNU i Trondheim, samtidig som han arbeidet som seniorforsker ved Arbeidsforskningsinstituttet.