После окончания университета Лукасевич под руководством Твардовского принимается за написание докторской диссертации «Об индукции как инверсии дедукции. (Несколько замечаний по вопросу логического строения индуктивных выводов)». Затем, сдав т. н. ригорозум или экзамены по отдельным предметам, в качестве которых Лукасевич выбрал физику и математику, 16 ноября 1902 г. по указу императора Франца Иосифа I на торжественной церемонии он был поименован доктором философии.
Следует особо отметить увлечение Лукасевича математикой, которое возникло уже в студенческие годы, возможно, под влиянием профессора Юзефа Пузина[4], входившего вместе с Твардовским в состав комиссии по приему ригорозума. Об этом свидетельствует его работа на тему «Об учении Грассмана о протяженностях» (мат.)[5]. Докторская работа Лукасевича была напечатана в двух частях в журнале «Философское обозрение» за 1903 г. [17]. Этот журнал сыграл консолидирующую роль в жизни Львовско-Варшавской школы.
В 1901-1903 гг. Лукасевич работает домашним учителем в поместье Бильче под Тернополем. Здесь он принимается за перевод Д. Юма «Исследование о человеческом познании», но перевод продвигается медленно до тех пор, пока к нему не присоединяется Казимир Твардовский. Их совместная работа была опубликована в 1905 г.
Зимний семестр 1904/1905 гг. Лукасевич в качестве стипендиата Галицийского сейма проводит за границей в Берлине и Лувене, где благодаря рекомендательным письмам Твардовского он был тепло принят К. Штумпфом[6] и Ф. Шуманом[7]. По заведенному Твардовским обычаю стипендиаты посылали ему письменные отчеты неформального характера о имевших место встречах и дискуссиях. Так, в письме Лукасевича от 12 декабря 1904 г.[8] можно прочесть: «… я сказал г. Шмидкунцу[9], как понимаю и оцениваю “Школу Брентано”, к которой, впрочем, и сам опосредованно принадлежу. В частности, мне кажется, что характерной чертой этой школы является не столько психологизм (несмотря на психологию Vom empirischen Standpunkt)[10], сколько, пожалуй, формализм и априоризм и связанная с этим прекрасная дидактика, а также методика достойная великих мастеров философии XIII в., которая присуща ученикам и сторонникам этой школы»[11]. Содержание этого письма обеспокоило Твардовского, который воспитывал в своих учениках негативное отношение к априоризму и метафизике, о чем он и дал знать в письме от 2 февраля 1905 г. В ответ 6 февраля 1905 г. Лукасевич пишет: «Я очень хорошо знаю, что Господин Профессор, наверное, не разделяет моей позиции. Однако, продвигаясь в ином нежели Господин Профессор направлении, я очень хорошо чувствую, что и с этой точки зрения остаюсь учеником Господина Профессора. Ту заинтересованность схоластикой и Аристотелем, которую Господин Профессор своими лекциями по античной философии и схоластике сумел пробудить во мне, та определенная симпатия и признание, с каковыми Господин Профессор всегда выражался о схоластиках, различные места в работах Господина Профессора (напр. в Zur Lehre[12]) и, прежде всего, тот несомненно схоластический момент в рассуждениях и дискуссиях, благодаря которым я прошел логическую школу – все это смогло привести к тому, что ‹…› во мне произошла переориентация философских взглядов, возникновение которой все же можно объяснить генетически. Недаром Брентано был доминиканцем и писал монографию об Аристотеле. ‹…› Мне кажется, что настоящая философия лежит в направлении Аристотеля и схоластов»[13]. Одновременно Лукасевич, возможно, чтобы успокоить Твардовского, оговаривается, что хотя он действительно хочет воскресить метафизические взгляды схоластов, а значит, «из исторических ‹…› сделать их актуальными», но все же не занимает ни церковной, ни клерикальной позиции.
После возвращения во Львов Лукасевич работает в университетской библиотеке, продолжая одновременно трудиться над габилитацией, начатой еще за границей.
В 1906 г. Лукасевич на основании работы «Анализ и конструкция понятия причины» [18][14], получает габилитацию[15], утвержденную в Вене 6 октября 1906 г. и становится приват-доцентом Львовского университета. В 1907–1908 гг. он преподает алгебру отношений и проводит семинарские занятия. Это были первые в Польше занятия, посвященные сугубо математической логике