По окончании университета (в 1903 году он получил диплом лекаря с отличием) Воробьев был оставлен на кафедре анатомии. Еще на старших курсах он был назначен препаратором кафедры. С декабря 1903 года работал помощником прозектора. Все знали, что никто лучше молодого сотрудника не может приготовить препараты, своими руками анатом изготовил множество новых макетов, нарисовал сотни плакатов. В 1904 году Владимир Петрович был избран действительным членом Харьковского медицинского общества и первым в университете был представлен к престижной премии Грубера. С этого же года Воробьев наряду с работой на кафедре нормальной анатомии в университете начал читать курс общей анатомии в университетской акушерской школе, а в 1905?1906 годах – в фельдшерской школе при Харьковской губернской земской больнице.
В 1906 году после возобновления нормальной работы университета Воробьев был назначен прозектором. Тогда он жил в комнате при анатомическом театре, на нем лежала огромная нагрузка в связи со все увеличивающимся количеством студентов. Два прозектора готовили научные материалы, препараты к лекциям и практическим занятиям, пополняли учебный музей. При этом Владимир Петрович вел и самостоятельный курс препарирования. Произошли перемены и в личной жизни прозектора. Вопреки желанию родственников с обеих сторон он обвенчался с секретарем деканата медицинского факультета Александрой Владимировной Кривцовой. С тещей отношения сразу не заладились, и молодые сняли квартиру в доме на улице Мироносицкой. Летом вместе с супругой Владимир Воробьев отправился в первую свою заграничную командировку.
Харьковский ученый посетил Австрию и Италию. Более всего его интересовало музейное дело. Музей при медицинском факультете в Харькове Воробьева совершенно не устраивал. Он напоминал молодому доктору кунсткамеру – там было немало диковинок, но они не были систематизированы, многие части человеческого тела не были представлены. В Италии Воробьев с увлечением изучал живопись и скульптуру, в первую очередь – творения обратившихся к теме красоты человеческого тела Микеланджело и Леонардо. В Италии чета Воробьевых подружилась с известным художником Борисом Кустодиевым. Вообще Владимир Петрович не был чужд искусству. Он играл на рояле, обожал оперу, часто во время работы напевал любимые арии. Обладая блестящей памятью, медик любил декламировать стихи русских поэтов. (Студентов же Воробьев поражал тем, что мог не только дословно процитировать высказывания по тому или иному поводу разных ученых, но и привести номер страницы в книге, откуда взята цитата.) Владимир Петрович уже в конце жизни в одной анкете писал, что владеет тремя иностранными языками – французским, немецким и болгарским. Он указал только те языки, которыми владел в совершенстве.