18 июня 1870 года Сергей окончил гимназию с золотой медалью и уже 29 июля поступил на медицинский факультет Московского университета. Ему было 16 лет. Медицину он изучал под руководством основоположника русской гистологии А.И. Бабухина (1827–1891), первого заведующего кафедрой медицины Московского университета, выдающегося терапевта ГА. Захарьина и его ученика — талантливого невропатолога А.Я. Кожевникова — непосредственного учителя Сергея в области невропатологии и психиатрии. В марте 1875 года Корсаков пишет дипломную работу — «История болезни дворянина Ильи Смирнова, 29 лет». 31 мая он заканчивает медицинский факультет с отличием. В том же году главный врач Московской Преображенской психиатрической больницы СИ. Штейн-берг обратился к профессору А.Я. Кожевникову (1836–1902) с просьбой. «Нет ли у вас надежного молодого человека на место ординатора?» А. Я. Кожевников не забыл способного студента и указал на Сергея. 13 сентября Корсаков приступает к исполнению своих обязанностей. Через четыре дня утверждается советом университета в звании уездного врача, а еще спустя два дня — лекаря. Летом 1876 года Корсаков получает отпуск на 28 дней и уезжает в деревню. Причиной отчасти явилось материальное положение. Он воспользовался приглашением ухаживать за психически больной графиней С.И. Татищевой и таким образом поправить свои финансы. По его словам, он получил возможность изучения условий, образа жизни и поведения психически больной в обстановке домашней жизни, а не казенного стационара.
Проработав год штатным ординатором, 9 октября 1876 года Корсаков, по представлению заведующего кафедрой нервных и душевных болезней А.Я. Кожевникова, избирается советом университета сверхштатным ординатором первой неврологической клиники Московского университета, чтобы остаться здесь до конца своей жизни. 14 января Корсаков выдерживает испытания, дающие право готовиться к защите ученой степени доктора медицины. Через месяц он приступает к работе над докторской диссертацией «Об алкогольном параличе»; пройдет долгих 11 лет, прежде чем он защитит диссертацию. А пока в январе 1877 года Корсаков пишет свой первый труд «Курс электротерапии», над которым работает в течение двух лет. Одновременно с этим он начинает собирать материалы об алкогольных параличах. Он тщательно изучает 169 случаев, известных ему из литературы. Свою деятельность врачом-ординатором клиники нервных болезней Корсаков начал в то время, когда в развитии невропатологии (после описания в 1879 году французским врачом А. Жоффруа и в 1880 году немецким ученым Э. Лейденом полиневрита) наблюдался период пересмотра взглядов на этиологию, клинику и патогенез периферических заболеваний нервной системы. 19 августа 1879 года будущий великий психиатр вступает в брак с Анной Константиновной Барсовой, с которой прожил счастливо до конца своей жизни. Анна Константиновна была племянницей и воспитанницей субинспектора Московского университета Павла Петровича Барсова, с семейством которого Сергей, будучи студентом, близко сошелся. Корсаков считал Барсова своим учителем жизни. Не оставляя университета, в ноябре 1881 года Корсаков вернулся на работу в Преображенскую психиатрическую больницу, в которой начал трудовую деятельность, и одновременно с этим начал работать в частной психиатрической лечебнице доктора Александра Федоровича Беккера в Красносельске. После его смерти, в феврале 1881 года, Корсаков заведовал этой лечебницей вместе с вдовой до конца своей жизни. 10 января 1883 года Корсакову присваивают чин коллежского асессора. Сергей Сергеевич часто наведывался за фаницу для знакомства с постановкой тамошнего психиатрического лечения. Свою первую поездку он совершил в 1885 году к Теодору Мейнерту в Вену, у которого находился с 25 июля по 6 августа. В 1889 году он едет в Германию, Швейцарию, Францию, Италию. В Берлине он посещает клинику Шаритэ, руководимую Вестфалем(Профессор невропатологии и психиатрии Карл Фридрих Отто Вестфаль (Westphal, 1833–1890), основатель Берлинской школы психиатров, обогатил психиатрию термином «агорафобия»). В Лейпциге Корсаков побывал в психиатрической клинике невролога Пауля Эмиля Флексига (1847–1929), одного из основоположников современной нейроморфологии, который познакомил его с коллекцией микроскопических препаратов. Флексиг в 1882 году организовал в Лейпциге одну из первых в Европе клиник психических и нервных болезней, предложил метод окраски миелиновых оболочек нервных волокон в гистологических препаратах осмиевой кислотой и гематоксилином.
Здесь же, в Лейпциге, в июле, Корсаков знакомится с Институтом физиологии и психологии Вундта; в Париже он встречается со знаменитым психиатром Жаном Маньяном, дружбу с которым сохранит до конца жизни. Маньян (J.J.V. Magnan, 1835–1916) описал наблюдаемые при шизофрении слуховые галлюцинации, при которых содержание слышимого с одной стороны противоположно содержанию слышимого с другой; тактильные галлюцинации в виде ощущения под кожей мелких инородных тел или насекомых, возникающие при отравлении кокаином; бредовой психоз, проходящий следующие фазы развития: беспокойство, бред преследования со слуховыми галлюцинациями, бред величия, деменция. В июле 1892 года Корсаков посещает великого психиатра Крафта-Эбинга в Вене; а летом 1894 года — клинику величайшего психиатра Эмиля Крепелина в Гейдельберге.
12 мая 1887 года Корсаков защитил докторскую диссертацию «Об алкогольном параличе». Рецензентами его диссертации были профессор А.Я. Кожевников, профессор И.Ф. Клейн и доцент В.К. Рот. Спустя четыре дня Корсаков утверждается советом Московского университета в ученой степени доктора медицины. 5 января следующего года он утверждается приват-доцентом университета с правом преподавания «учения о нервных и психических болезнях». В 1892 году Корсаков назначается сверхштатным экстраординарным профессором Московского университета по кафедре «систематического и клинического изучения нервных и душевных болезней». В это время, когда Корсаков стал преподавателем медицинского факультета Московского университета, здесь работали профессора, которые по праву считаются основоположниками, выдающимися деятелями русской медицины. Среди них, кроме упомянутых Ба-бухина, Захарьина и Кожевникова, преподавали И.М. Сеченов, А.А. Остроумов, Н.Ф. Филатов, В.Ф. Снегирев, А.И. Поспелов, Н.В. Склифо-совский, Н.А. Бобров, П.И. Дьяков и. Ф.Ф. Эрисман.
1 января 1893 года одного из основоположников отечественной психиатрии — Корсакова награждают орденом Св. Станислава 2-й степени. Созданная им школа русской психиатрии определила пути развития отечественной психиатрии и утвердила ее мировое значение. Среди его трудов особое значение имеет исследование психических расстройств при алкогольном полиневрите (полиневротический психоз). Эта работа создала эпоху в психиатрии, положив начало нозологическому направлению в изучении психических болезней. Основным в учении Корсакова является описанный им в работе «Болезненные расстройства памяти и их диагностика» (1890 г.) своеобразный тип расстройства памяти, характеризующийся нарушением запоминания, ориентировки во времени и обманами памяти. Эти три симптома, входящие в «корсаковский синдром», встречаются при ряде психических заболеваний.
12 августа 1897 года на XII Международном съезде психиатров в Москве профессор Жолли из Берлинского университета вносит предложение именовать полиневротический психоз, описанный и исследованный впервые Корсаковым, «Корсаковским психозом». Корсаковский больной не помнит то, что было с ним несколько минут назад. Стоит ему отойти от стола с шахматной доской или седой, и он будет утверждать, что не играл и не ел. Меньше всего у корсаковских больных страдает память двигательных навыков, привычек — всего, что заполняет сферу бессознательного автоматизма. Второе место по стойкости занимает память чувств — способность к запоминанию не столько самого объекта, сколько его значения. Третье — образная память на места и формы. И на самом последнем месте — память времени, способность фиксировать внешние и внутренние процессы, события и динамику мысли.