Molto interessato dagli sviluppi nel campo dei preparati a base di anilina, Paul si dedicò di propria iniziativa ad esperimenti sulla colorazione istologica trascurando i corsi universitari. Il professor Heinrich von Waldeyer, suo tutore, affermò su di Ehrlich che era uno studente timido, ma con un accattivante modo di fare e con una grande passione per il lavoro scientifico. Paul, due anni dopo, tornò a Breslavia dove continuò i suoi studi in patologia ed anatomia; questa scelta probabilmente fu dovuta al consiglio di suo cugino Karl Weigert. Ehrlich stesso in una sua nota autobiografica scrisse che a Breslavia ebbe l'occasione di lavorare con professori di rilievo, come il professor Julius Friedrich Cohnheim e il professore Rudolf Heidenhain. All'Università di Breslavia Paul Ehrlich incontrò per la prima volta Robert Koch con cui collaborò alcuni anni dopo. Completò il suo percorso di studi all'Università di Lipsia, dove continuò i suoi esperimenti sui coloranti in una piccola taverna. Ehrlich si laureò all'Università di Lipsia nel 1878 all'età di 24 anni; la sua tesi di laurea, basata sui primi studi analitici sui metodi di colorazione, sottolineava l'importanza dell'applicazione di tali tecniche alla medicina.