Etter hjemkomsten til England etablerte Bates seg som en svært anerkjent naturforsker. Han arbeidet som sekretær i Royal Geographical Society fra 1864. Hans mest kjente bidrag er beskrivelsen av fenomenet Batesisk mimikry, som han oppdaget gjennom sitt arbeid med pasjonsblomstsommerfugler ( og beslektede slekter). Senere solgte han sommerfugl-samlingen sin og konsentrerte sitt arbeide om biller, der han beskrev svært mange arter særlig i familiene trebukker og løpebiller. Bates arbeidet i senere år med materiale fra hele verden og ble en meget anerkjent ekspert.