Công trình nghiên cứu khoa học chính của Calmette, đã làm ông nổi tiếng trên thế giới và đã gắn liền tên tuổi của ông với lịch sử y học là công sức của ông trong việc phát triển vắc xin chống bệnh lao, đúng trong thời kì mà bệnh lao là một loại bệnh nan y, đã cướp đi nhiều mạng sống. Vào năm 1882, nhà vi sinh học người Đức Robert Koch đã phát hiện ra các khuẩn que u lao (Mycobacterium tuberculosis), là tác nhân gây bệnh lao và Louis Pasteur cũng nghiên cứu chúng. Năm 1906, nhà thú y và miễn dịch học Camille Guérin đã khẳng định rằng cơ chế miễn dịch chống lại bệnh lao gắn liền với số lượng khuẩn que u lao sống trong máu. Sử dụng cách tiếp cận của Pasteur, Calmette kiểm tra xem cơ chế miễn dịch đã phát triển như thế nào để phản ứng lại với khuẩn que lấy từ bò đã bị làm suy yếu, được tiêm vào các động vật khác. Cách điều chế này đã được đặt tên theo hai người phát hiện ra nó (Bacillum Calmette-Guérin, hay viết tắt là BCG). Sự làm suy yếu thu được nhờ việc nuôi cấy chúng trong chất môi trường chứa mật, dựa trên ý tưởng của nhà nghiên cứu người Na Uy Kristian Feyer Andvord (1855-1934). Từ năm 1908 đến năm 1921, Guérin và Calmette đã cố gắng sản xuất các mẫu dược phẩm ngày càng ít độc hơn của khuẩn que, bằng cách dịch chuyển chúng trong các môi trường nuôi dưỡng kế tiếp nhau. Cuối cùng, năm 1921, họ đã sử dụng BCG để chủng vắc xin thành công cho trẻ sơ sinh tại Charité ở Paris.

Tuy nhiên, chương trình chủng vắc xin đã gặp phải cản trở nghiêm trọng khi 72 trẻ em đã mắc bệnh lao vào năm 1930 tại Lübeck (Đức) sau khi được tiêm chủng lô vắc xin bị sản xuất sai tại Viện Pasteur. Việc chủng vắc xin đại trà cho trẻ em ở nhiều nước chỉ được khôi phục trở lại sau năm 1932, khi công nghệ sản xuất mới và an toàn hơn đã được hoàn thiện. Sự kiện này đã làm Calmette bị chấn động mạnh và ông mất một năm sau đó ở Paris.