Khi hải cảng Santos bị hoành hành bởi bệnh dịch hạch và có nguy cơ lan rộng tới Rio de Janeiro, ngay lập tức ông đã được chỉ định là người đương đầu với đại dịch này. Thị trưởng của Rio de Janeiro lúc bấy giờ yêu cầu xây dựng một nhà máy sản xuất huyết thanh chữa bệnh dịch hạch vốn đã được Alexandre Yersin và những người cộng sự của ông phát triển thành công ở Viện Pasteur. Ông thị trưởng cũng yêu cầu Viện cử người đến Brasil chuyển giao kỹ thuật sản xuất. Và Viện Pasteur phúc đáp rằng người như thế đã có sẵn ở Brasil và đó là Bác sĩ Oswaldo Cruz.

Do đó đến ngày 25 tháng 5 năm 1900, Viện Huyết thanh liệu pháp Liên bang được thành lập để sản xuất huyết thanh và vaccine chống lại bệnh dịch hạch với Baron Pedro Afonso là tổng giám đốc và nhà vi sinh học Oswaldo Cruz là giám đốc kỹ thuật. Viện này được thành lập tại một nông trang cũ ở Manguinhos trên bờ biển phía tây vịnh Guanabara. Năm 1902, Cruz nhận chức Tổng Giám đốc của viện nghiên cứu mới thành lập này và ngay lập tức mở rộng phạm vi hoạt động của nó, không còn giới hạn trong lĩnh vực sản xuất huyết thanh mà còn đóng góp vào môn nghiên cứu khoa học cơ bản và đào tạo nguồn nhân lực. Trong những năm sau, Oswaldo Cruz được chỉ định làm Tổng Giám đốc sức khỏe công cộng, một vị trí tương đương với chức vụ Bộ trưởng Y tế ngày nay. Sử dụng Viện Huyết thanh liệu pháp làm cơ sở, ông bắt đầu những chiến dịch vệ sinh đạt nhiều kết quả rực rỡ. Nhiệm vụ đầu tiên ông phải đối mặt là: một loạt các trường hợp thuộc dịch sốt vàng, được biết đến ở Rio de Janeiro với cái tên đáng sợ Cái chết của người nước ngoài. Dịch bệnh xuất hiện trong khoảng thời gian 1897 và 1906, với 4.000 người nhập cư từ châu Âu chết vì căn bệnh này.

Ông nhanh chóng đạt được những thành công bước đầu trong việc ngăn chặn bệnh dịch hạch lan rộng, bằng việc yêu cầu bắt buộc báo cáo các ca bệnh mới, cách li người bệnh, điều trị bằng huyết thanh sản xuất tại Manguinhos và tiêu diệt vật chủ trung gian truyền bệnh là chuột cống trong cộng đồng dân cư tại thành phố.