La fama nella gestione delle acque fluviali spinse la Repubblica di Venezia a nuovi incarichi di idraulica e nel 1698 alla chiamato all'Università di Padova come professore di matematica e astronomia. I costumi dell'epoca imponevano che i docenti di matematica fossero anche chiamati a collaborare con lo stato per la creazione di opere d'ingegneria di rilevante interesse pubblico. Guglielmini è così chiamato, nel 1700, a restaurare le fortificazioni di Castelnuovo nel golfo di Cattaro in Dalmazia (oggi Montenegro). A Padova Guglielmini continuò anche gli studi di medicina tanto che nel 1702, dopo che per dimissioni di Pompeo Sacchi (1634-1718) si era liberata la cattedra, fu nominato anche professore di medicina. Conservò le due cattedre nell'università patavina fino alla sua morte precoce. Alla fine del 1709 cominciò una patologia caratterizzata da vertigini, convulsioni, e stato confusionale che l'obbligarono a sospendere le lezioni universitarie e lo portarono a morte, a soli 54 anni di età, dopo otto mesi di sofferenza, per emorragia cerebrale. Fu sepolto nella chiesa di San Massimo in Padova (dove sarà seppellito anche il grande Giovanni Battista Morgagni, che di Guglielmini fu biografo ed editore) e gli fu eretto un sontuoso monumento nella Basilica di Sant'Antonio da Padova.