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».
Петр Борисович был тонким диагностом и исключительно чутким врачом. Особое уважение и авторитет Ганнушкин снискал как мастер амбулаторных приемов. Он учил врачей ставить ранние диагнозы по едва заметным изменениям психики. К нему толпами стремились на прием психически больные, привлекаемые его возрастающей славой. Он принимал до 300 человек в неделю. Много раз на приемы приходили вооруженные больные. «Он шел к ним вплотную, отбирал оружие, никогда этим не хвастался, считал это своим долгом психиатра и говорил, что если бы и погиб от руки душевнобольного, то умер бы на своем посту и ничего особенного в этом не было бы. Спас многих больных и их родственников, обезоружив больных», — вспоминала его жена Софья Владимировна Ганнушкина (Клумова).