Nel 1847, Holmes fu assunto come Parkman Professor di Anatomia e Fisiologia alla Harvard Medical School dove prestò servizio come preside di facoltà fino al 1853 ed insegnò fino al 1882. Non molto tempo dopo la sua nomina, Holmes fu criticato dal corpo studentesco, esclusivamente maschile, per aver permesso l'ammissione di una donna, Harriot Kezia Hunt, al corso. A causa dell'opposizione non solo degli studenti, ma anche dei sovraintendenti universitari e di altri membri della facoltà, le fu chiesto di ritirare la sua domanda. L'Harvard Medical School, infatti, non ammise alcuna donna fino al 1945. per la sua formazione parigina, Holmes dava molta importanza nei suoi insegnamenti alla base anatomico-patologica della malattia. Gli studenti amavano Holmes e lo chiamavano “zio Oliver”. Un giovane assistente ricordò: “Egli entra nell'aula e viene salutato da un forte grido e da uno scroscio di applausi. Poi il silenzio ed inizia un'incantevole ora di descrizioni, analisi, aneddoti, innocenti giochi di parole il che veste le ossa scarne di un'immagine poetica, ravviva con l'umorismo una dura giornata di fatica e rallegra gli ascoltatori stanchi per i dettagli difficili rendendo più interessante lo studio.”