Black ble utnevnt til professor, og leder for avdelingen i farmakologi ved University College London i 1973 hvor han studerte innen området medisinsk kjemi, men han ble ofte frustrert over mangelen på midler til forskning og aksepterte dermed en stilling som direktør for terapeutisk forskning ved Wellcome Research Laboratories i 1978. Men han ikke var enig med sin umiddelbare sjefen der, John Vane, og han trakk seg fra denne stillingen i 1984. Black ble deretter ansatt som professor i analytisk farmakologi ved Rayne Institute av King's College London Medical School, der han forble frem til 1992. Han etablerte James Black Foundation i 1988 og han ledet en gruppe på 25 forskere i narkotika forskning og for å oppdage medisiner som kunne brukes mot magekreft.