Протягом 1912–1928 років керував Петербурзьким (Петроградським) інститутом імені Едуарда Дженнера, який займався вакцинацією проти натуральної віспи. За ініціативою М. Ф. Гамалії і за допомогою розробленого ним методу приготування віспової вакцини у 1918 році в Петрограді влада ввела загальне віспощеплення, потім прийняте по всій країні, згідно з декретом від 10 квітня 1919 року, підписаного Леніном. У 1918–19 роках М. Ф. Гамалія вивчав методи приготування вакцини від висипного тифу.