Tornato dall'egitto nel 1889, Ehrlich organizzò un piccolo laboratorio privato a Berlino, continuando con successo le proprie ricerche, ma sempre su piccola scala. Koch offrì quindi a Ehrlich un posto nel recentemente fondato Instituto di Malattie Infettive a Berlino. Accettata l'offerta, Ehrlich si dedicò alle ricerche nel campo della batteriologia; in questo periodo Ehrlich cominciò a lavorare con Emil Adolf von Behring, collaborazione da cui nacque anche un'amicizia. La scoperta, nel 1892, da parte di von Behering della specifica antitossina per il tetano e la difterite nel siero animale fu motivo di grande fermento nel mondo scientifico, ma non portò i risultati sperati in quanto troppo debole. In seguito, con l'aiuto di Ehrlich furono condotte ricerche che consentirono di rendere il siero più efficace ed accettato ovunque. Data la stretta collaborazione tra Ehrlich e von Behring, l'azienda chimica che stava per cominciare la produzione del siero antidifterico strinse un contratto con entrambi i ricercatori.