Han fikk jobb ved det nystartede Rikshospitalet 1826, og publiserte kvartalsberetninger derfra. Heiberg startet med tretten kolleger «Lægevidenskabelig Journal-Læseselskab» i 1826. I 1828 ble han lektor i medisin ved Det Kongelige Frederiks Universitet der han oppnådde doktorgrad i 1830. Han var i 1833 med å starte Christiania Lægeforening, som senere ble Det norske medicinske Selskab. Etter studietur til Tyskland og Paris 1835, overtok han i 1836 professoratet i kirurgi og øyesykdommer etter Magnus Andreas Thulstrup (1769–1844). Samtidig ble han overlege ved Rikshospitalet. I 1848 var han den første som brukte kloroform (på pasienten). Så reiste han til Wien 1845 og Berlin 1857. På slutten konkurrerte Heiberg med Armauer Hansen om å finne årsaken til spedalskhet og døde i 1872, året før Hansen fant leprabasillen.