В 1910 г. Ветеринарным управлением МВД России С. Н. Вышелесский был командирован на три года для научной стажировки в Германию. За работу «К вопросу об отличии активного и неактивного туберкулеза крупного рогатого скота с помощью методов: реакции связывания комплемента, мейостагминовой реакции и офтальмореакции» Совет медицинского факультета Лейпцигского университета присвоил ему ученую степень доктора ветеринарной медицины. По возвращении из-за границы продолжал работать в сибиреязвенном отделе Петербургской ветеринарно-бактериологической лаборатории. В 1914–1917 гг. – заведующий Архангельской ветеринарно-бактериологической лабораторией. Изучал некоторые эпизоотические болезни северных оленей. Затем был переведен в ветеринарно-бактериологическую лабораторию Киевского губернского земства. С ноября 1919 г. возглавлял Ставропольскую ветеринарно-бактериологическую лабораторию, принимал непосредственное участие в ликвидации подлинно народного бедствия – опустошительных болезней сельскохозяйственных животных.
В 1921–1922 гг. С. Н. Вышелесский – доцент, а затем профессор Ставропольского сельхозинститута. Лично участвовал в ликвидации ряда опаснейших эпизоотических болезней. В 1922 г. его переводят на работу в Государственный институт экспериментальной ветеринарии (г. Москва), где организовал и возглавил отдел по изучению туберкулеза и сапа, а в 1927 г. стал директором этого института Одновременно читал лекции по эпизоотологии в Витебском ветеринарном институте. С 1928 г. С. Н. Вышелесский – директор Белорусского государственного ветеринарно-бактериологического института в Витебске. Организовал массовое изготовление диагностических препаратов – маллеина и туберкулина, ряд вакцин и сывороток, развернул изучение туберкулеза, бруцеллеза, сапа, чумы и рожи свиней, других инфекционных болезней домашних животных. Инициатор изучения бруцеллеза в Беларуси, руководил разработкой всех научных и практических вопросов по ликвидации этого заболевания в Советском Союзе.
В 1930 г. возвратился в Москву во Всероссийский институт экспериментальной ветеринарии. В 1931–1933 гг. работал в Алма-Атинском научно-исследовательском институте. С 1933 г. – в Московском научно-исследовательском ветеринарном институте, с 1934 г. – в должности заведующего кафедрой эпизоотологии Московского зооветеринарного института, а с 1948 г. – в Московской ветеринарной академии.
С. Н. Вышелесский обстоятельно изучил биологические и патогенные свойства возбудителя сибирской язвы, иммунобиологические качества различных противосибиреязвенных вакцин, причины осложнений и падежа сельскохозяйственных животных после прививок. Благодаря ему, были разработаны методы получения гипериммунной противосибиреязвенной сыворотки и симультанные прививки против сибирской язвы, новый оригинальный