Окончив в 1898 году медфак, Ганнушкин был оставлен работать при психиатрической клинике Московского университета. Руководить усовершенствованием по психиатрии врача-экстерна Ганнушкина Корсаков поручил своему ассистенту С.А. Суханову, который возглавлял пато-гистологическую лабораторию, курировал стационарных больных и вел амбулаторный прием. В 1899 году Ганнушкин блестяще защитил докторскую диссертацию «Материалы к вопросу о четкообразном состоянии протоплазматических отростков нервных клеток мозговой коры». В том же году Суханов был утвержден в звании приват-доцента. Он охотно помогал молодым врачам. С Ганнушкиным у него сложились дружеские отношения. С.А. Суханов отличался незаурядной наблюдательностью и способностью видеть главное. Он опубликовал 225 научных работ и свыше 1000 рецензий, а также был одним из основателей четырех психиатрических журналов: «Журнала невропатологии и психиатрии имени С.С. Корсакова» (1901), «Современной психиатрии» (1907), «Вопросы психиатрии и неврологии» (1912) и «Психиатрической газеты» (1914). Его научные интересы охватывали почти все стороны психиатрии. Важное место среди них занимают вопросы пограничной психиатрии, особенно психопатий и психогений. Обладая склонностью к синтезу, он подметил научную и социальную актуальность этой проблемы и подсказал ее Ганнушкину. Особенно возросло влияние Суханова на Ганнушкина после смерти Корсакова в 1900 году. На амбулаторных приемах Суханов часто вызывал Ганнушкина на состязание, чтобы поставить диагноз лишь по описанию статуса больного. После собирания анамнеза они сверяли свои предварительные диагнозы.
Первая работа Ганнушкина «Сладострастие, жестокость и религия» не была разрешена к печати цензурой и появилась в 1901 году во французском журнале «Annales medico-psychologiques». В течение 1901–1903 годов Ганнушкин совместно с С.А. Сухановым написал 6 работ. Из них отметим «К учению о мании» и «К учению о меланхолии». Темы этих работ были выбраны не случайно. Ганнушкин и Суханов специально изучали не смешанные, а однородные болезненные формы, считая, что это будет способствовать лучшему изучению уже признанных клинических форм, обнаружению новых и созданию их классификации. Они исходили из положения Корсакова, который рассматривал меланхолию и манию как типические «формы, в которых как бы отливаются психозы, независимо оттого, развились ли они на почве здоровой или нездоровой». В статье «К учению о навязчивых идеях» они выделили особую конституцию навязчивых идей и впервые показали переход в отдельных случаях навязчивых идей в раннее (шизофреническое) слабоумие. Авторы решительно высказывались против точки зрения Фрейда. По их мнению, сексуальные аномалии не соответствуют тем специфическим для навязчивых идей причинам, о которых говорит Фрейд. Это не причина, а лишь симптом.
Врачебная деятельность Ганнушкина началась в психиатрической клинике Московского университета под непосредственным руководством С.С. Корсакова. С 1898 по 1902 год он работал в клинике экстерном, а затем сверхштатным ассистентом. В 1902 году по предложению Суханова, Сербского и Г.И. Россолимо Ганнушкин был принят в действительные члены Московского общества невропатологов и психиатров. После смерти Корсакова кафедру психиатрии Московского университета возглавил В.П. Сербский. В течение восьми лет, до 1906 года, Ганнушкин работал в психиатрической клинике Московского университета ассистентом у В.П. Сербского и все эти годы вел прием больных в амбулатории клиники. В 1904 году Петр Борисович защитил докторскую диссертацию «Острая паранойя», которая явилась значительным вкладом в психиатрическую науку. Изучая «пограничные состояния», он в 1904 году начал читать доцентский курс «Учение о патологических характерах», шаг за шагом создавая свою концепцию малой психиатрии. В 1906 году он едет в Париж, чтобы ознакомиться с постановкой психиатрического лечения в клинике Валентина Маньяна, корифея психиатрии. Ганнушкин заинтересовался трудами Маньяна еще и потому, что тот разрабатывал проблему пограничной психиатрии.
В январе 1907 года в знак протеста против единоначалия Сербского из клиники ушли 20 сотрудников, среди которых было 7 врачей: П.Б. Ганнушкин, Т.А. Гейер, С.И. Голубинский, М.О. Гуревич, С. П. Петров, С.А. Суханов и Т.И. Юдин. Оставив должность ассистента психиатрической клиники, Ганнушкин перешел на практическую работу врачом-консультантом в психоневрологическую лечебницу, принадлежащую С.В. Левенштейн. Здесь была возможность продолжать большие амбулаторные приемы. Через год он начал работать в Алексеевской психиатрической больнице на Канатчиковой даче (ныне больница им. П.П. Кащенко), где был ординатором в течение более 7 лет вплоть до призыва в армию во время Первой мировой войны.
В это же время, с 1907 года и до начала войны, будучи членом правления Русского союза психиатров и невропатологов, Ганнушкин создал и возглавил издательство ежемесячного журнала «Современная психиатрия» (1907–1917), сыгравшего большую роль в развитии русской психиатрии. В этот период он несколько раз посетил клинику Крепелина в Мюнхене. В 1914 году Ганнушкин был призван на флот и назначен ординатором Петроградского морского госпиталя. В 1917 году после демобилизации он возвратился в Алексеевскую больницу, а в мае следующего года был избран профессором Московского университета, где в течение 15 лет возглавлял кафедру психиатрии. До конца жизни Ганнушкин был директором психиатрической клиники Московского университета, первым руководителем которой был его учитель С.С. Корсаков, а с 1930 года — 1-го Московского медицинского института. Дальнейшие исследования Ганнушкин посвятил пограничной психиатрии, особенно психопатиям (психопатические конституции, психопатические личности, патологические личности, патологические характеры, аномалии характера). Психопатии — патологическое развитие личности с преимущественной дисгармонией в эмоциональной и волевой сферах при относительной сохранности интеллекта. Таким образом, Петр Борисович является создателем оригинальной отечественной концепции малой психиатрии, учения о психопатиях (пограничных состояниях между психической нормой и патологией). Доктор Ганнушкин называл психопатическими личностями такие, которые с юности, с момента сформирования обладают чертами, мешающими им «безболезненно для себя и для других приспособляться к окружающей среде». Иначе говоря, психопатические личности — это отклоняющиеся от нормы личности, от которых страдают или они сами, или общество, так как легко вступают в конфликт с правилами общежития, с законом. Присущие им патологические свойства представляют собой постоянные, врожденные свойства личности, которые, хотя и могут в течение жизни усиливаться или развиваться в определенном направлении, однако обычно не подвергаются сколько-нибудь резким изменениям. Ганнушкин добавляет, что имеет в виду такие особенности, которые «более или менее определяют весь психический облик индивидуума, накладывая на весь его душевный склад властный отпечаток», поскольку существование в психике того или иного человека вообще каких-либо отдельных элементарных неправильностей и отклонений еще не дает основания причислять его к психопатам. Ганнушкин считал, что правильно организованная и социальная среда должна заглушить проявление и рост психопатий.
Еще в 1902 году Ганнушкин совместно с Сухановым в статье «К учению о навязчивых идеях» выделил своеобразную конституцию навязчивых идей, начав этим изучение психопатий. В 1904 году он стал читать курс «Учение о патологических характерах». Часть этих материалов им опубликована в статьях «Резонирующее помешательство и резонерство» (1905), «Психастенический характер» (1907) и «Психика истеричных» (1909), в которых он классически описал соответственно параноическую, психастеническую и истерическую конституции. Видное место среди его исследований заняла работа «Постановка вопроса о границах душевного здоровья», опубликованная в 1908 году в журнале «Современная психиатрия». В ней Ганнушкин подытожил свои предыдущие наблюдения и наметил программу исследований в области пограничной психиатрии, которая через четверть века была завершена фундаментальным трудом «Клиника психопатий: их статика, динамика и систематика». В начале статьи «Постановка вопроса о границах душевного здоровья» Ганнушкин раскрыл постоянную связь и границы между психическим здоровьем и болезнью, а также указал, что «между этими двумя формами человеческого бытия существует известная промежуточная область, определенная пограничная полоса, занятая теми состояниями и формами, которые не могут быть отнесены ни к болезни, ни, тем не менее, к здоровью». Основное внимание при изучении пограничных состояний Ганнушкин уделил психопатиям. Для отграничения их от психозов и состояния здоровья он впервые выделил три клинических признака: 1) постоянство, прирожденность психопатических особенностей личности; 2) отражение этих особенностей на всей ее психической жизни; 3) количественные и качественные проявления известных психических особенностей таковы, что их носитель находится на границе психического здоровья и болезни. Указывая на отличие психопатий от нормального состояния и психозов, Ганнушкин писал: «Эти индивидуумы, находясь на свободе, резко отличаются от обыкновенных нормальных людей; оказываясь в специальном заведении для душевнобольных, они точно так же резко отличаются от остального населения этих учреждений».