Thời gian ngắn làm nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Dale đã mang lại nhiều kết quả: năm 1931 ông cùng với John H. Gaddum khám phá ra một yếu tố cấu tạo dược lý tự động (autopharmacological) quan trọng, substance P[4]. Sau khi trở lại Stockholm, von Euler tiếp tục theo đuổi việc nghiên cứu này và đã liên tục phát hiện 4 chất nội sinh hoạt động quan trọng khác là prostaglandin, vesiglandin (1935), piperidine[5] (1942) và noradrenaline[6](1946).

Năm 1939 von Euler được bổ nhiệm làm giáo sư sinh lý học ở Học viện Karolinska, ông giữ chức này tới năm 1971. Việc cộng tác với Göran Liljestrand trước kia đã dẫn tới một khám phá quan trọng, được đặt tên là cơ cấu Euler-Liljestrand (Euler-Liljestrand mechanism) (một shunt[7] động mạch sinh lý để đáp ứng việc giảm oxy hóa cục bộ của phổi).

Tuy nhiên, từ năm 1946 trở đi, khi "noradrenaline" được phát hiện, von Euler hướng công trình nghiên cứu của mình vào lãnh vực này. Ông và nhóm của ông nghiên cứu kỹ sự phân bố của nó trong các mô và trong hệ thần kinh trong điều kiện sinh lý cũng như bệnh lý, và phát hiện ra là noradrenaline được sản xuất và tích trữ trong đầu khớp dây thần kinh trong các túi nội bào, một phát hiện then chốt đã làm thay đổi đột ngột tiến trình của nhiều cuộc nghiên cứu trong lãnh vực này. Năm 1970 ông được thưởng giải Nobel cho công trình nghiên cứu này, chung với Bernard Katz và Julius Axelrod.

Từ năm 1953 ông hoạt động tích cực trong Quỹ Nobel, là thành viên của Ủy ban giải Nobel Sinh lý và Y khoa, và làm trưởng ban này từ năm 1965. Ông cũng làm phó chủ tịch "Liên minh quốc tế Khoa Sinh lý học" (International Union of Physiological Sciences) từ năm 1965 tới năm 1971.

Ngoài giải Nobel Sinh lý và Y khoa năm 1970, ông cũng đoạt giải Gairdner (1961), giải Jahre (1965), giải Stouffer (1967), huy chương Carl Ludwig (1953), Schmiedeberg Plaquette (1969), La Madonnina (1970), nhiều bằng tiến sĩ danh dự của nhiều trường đại học trên thế giới và là hội viên của nhiều hội khoa học, y học.

Dr. von Euler từ trần ngày 9.3.1983.