1609年，经国王詹姆士一世和皇家医学院院长亨利·阿特京斯博士的推荐，哈维取得了圣巴托罗缪医院的候补医师的职位；当年夏天，医院的威尔金森博士逝世，哈维弥补了他留下的空缺，开始独立开诊。哈维每周至少有一天坐在诊室的桌旁接待患者，他关心病人的疾苦，亲自探视行动不便的患者，从不计较报酬，常常免费为穷人治疗。他的宗旨是：医生“要为穷人做好事”。由于他认真负责，刻苦实践，很快就成为伦敦的名医。他曾成功地做过切除乳房的手术，也积累了丰富的妇产科医疗经验，还采用结扎动脉血管、断绝肿瘤的养分来源的方法，治愈过肿瘤。因此,哈维不仅是一位医术高明的医生，而且是一位具有人道主义思想的科学家。

1615年，他被任命为卢姆雷恩讲座的讲师，1615年8月，哈维被选为皇家医学院伦姆雷讲座的主讲人。

1616年4月中，哈维在骑士街圣保罗教堂附近的学堂中讲学，第一次提出了关于血液循环的理论。讲课的手稿用拉丁文写成，仍收藏在大英博物馆。在讲学时，哈维采用比较的方法，通过解剖动物来说明人体解剖学。他由表及里，由浅入深地描述了人体的皮肤、脂肪、表层肌肉、腹脏器官，并运用生动的比喻以加深听讲者的印象。在描述胸腔和胸部器官时，哈维以很大的篇幅，论述了心脏的结构，心脏的运动及心脏及静脉中瓣膜的功能。他明确指出：血液不断流动的动力，来源于心肌的收缩压。

在论述人的头部和大脑、神经构造及其功能时，哈维特别提到古人的论述。他指出，关于神经向身体各部器官传播大脑的指令这一传导功能，自西塞罗时就开始认识了，盖仑不是第一个认识到这一事实的人。他的讲稿内容丰富，广证博引，可以看出，作者不仅十分熟悉维萨留斯以来的当代所有解剖学家，而且十分熟悉古代拉丁诗人和散文家的作品。他阅读过奥古斯丁的著作，也通晓圣经，还特别崇拜亚里士多德。他虽然不很了解当代文学巨匠莎士比亚的作品，但却十分了解当代医学的脉搏。为了研究人体和动物体的生理功能，他解剖的各种动物超过80种。这说明哈维的成就来源于他对古今医学家经验的总结，也取决于自己勇敢的探索和积极的实践。他是一个一丝不苟的科学家，也是孜孜不倦的劳动者。

哈维的名气越来越大，弗朗西斯·培根和阿朗得尔伯爵都来请他看病。

1618年后，哈维受委任，担任王室御医，先后为国王詹姆士一世（1603—1625在位）和查理一世（1625—1649在位）服务，但他仍坚持每年都参加伦姆雷讲学。

1630年，哈维奉国王之命，陪同伦诺克斯公爵访问欧洲大陆，遍游巴黎、布洛瓦、索姆耳、波尔多和威尼斯等地，并到过西班牙。

1636年，他又陪同阿朗得尔伯爵出使德国，再次访问欧洲大陆。其时，正值三十年战争，乡村人烟稀少，盗贼出没，鸟兽几乎绝迹。但哈维仍热切地在外收集自然史方面的资料，以致引起伯爵对他安全的焦虑。他在给朋友的信中谈到了三十年战争，他说，除了一些可怜的人外，很少看到狗、乌鸦、鸢等。他抱怨找不到可供解剖的生物，念念不忘他的研究工作。在德国期间，哈维曾几次拜访当时名医、血液循环论的激烈反对者纽伦堡的霍夫曼，同他讨论问题，企图说服他，但没有成功。

1636年末，哈维第一次旅欧回国后，又于1639年随同国王查理一世到苏格兰。同年，他到爱丁堡的巴斯罗克（巴斯礁）。这里品种繁多的海鸟，引起哈维的极大兴趣。他在后来发表的《动物生殖》一文中详细描述了海鸟的生活习性，批评了认为塘鹅生活在树上的传统观念。

1640年，英国资产阶级革命爆发，哈维因其王室御医的特别身份，随同国王流亡在外。他曾参加埃吉山战役，受命在防御工事中照顾两个王子，即后来的查理二世和詹姆士二世。但在战斗打响后，他却从口袋里拿出一本书来仔细阅读。一颗炮弹在他附近爆炸，他挪动一下位置后又继续学习。

1642年至1646年，哈维随王室在牛津度过了三年流亡生活。在这里，他曾受命担任麦尔顿学院的院长（1645），但他更多的时间是从事于生理解剖学的研究。他常常访问神学学士乔治·巴塞尔斯特，两人一同观察母鸡的生殖和鸡雏的发育，积累了大量的实验记录和观察笔记，这就是他后来发表的《动物生殖》一文的雏形。

1646年，牛津被革命军攻占，哈维回到伦敦。他辞去所有的职务，隐居在几个弟弟家中。

1649年，英国内战结束后，查理一世被绞死，哈维因为一直忠于查理一世而被处以罚金200英镑，并被禁止进入伦敦城。

1650年，哈维的朋友和学生恩特博士（1604—1689），在哈维的弟弟丹尼尔家中见到了哈维。当时，哈维已72岁高龄，仍在兴致勃勃地从事研究工作。但是，他也流露出对动荡的时局感到不安的神情，更苦于无条件进行深入的科学研究。在这次会见中，恩特发觉了哈维关于动物生殖观察研究的手稿，并得到哈维的准许，于1651年整理出版。

哈维虽已年迈退休，但对自己从事医疗和科研工作几十年的皇家医学院却念念不忘。

1651年，他秘密捐款为医学院建造一座图书馆，但这个秘密很快就为众人所知。这座以哈维的名义修建起来的宏伟的罗马式建筑，于1654年竣工正式移交使用。图书馆的楼下是诊察室，楼上有丰富的藏书，还有一个收藏各种草药和动物标本以及各种手术器械的博物馆。由于哈维的卓绝贡献，医学院于1654年选他为学院院长。但他以年老体弱为理由谢绝了这一任命，只同意担任顾问。哈维的妻子在几年前去世，他没有亲生子女，他的兄弟也很富有。

1656年他决定把自己在肯特郡的世袭产业捐给皇家医学院，作为图书馆工作人员的开支和鼓励科学研究，“发现自然奥秘”的基金。同年，他最后辞去了伦姆雷讲座的工作。

哈维在晚年常受痛风病的折磨，时常用凉水浸脚以减轻疾病的痛苦。他始终保持着旺盛的思维活动。

1657年6月3日，哈维突患中风，虽然失去说话能力，但他神志清醒，并能打发人把自己的侄儿们请来，向他们馈赠遗物。就在这天晚间，哈维与世长辞。在哈维亲笔写的遗嘱中，把几十年来积累的书籍和文献资料全部捐献给医学院图书馆。全体工作人员都参加了哈维的送葬队伍，把哈维的遗体送到埃塞克斯郡汉普斯台德哈维家的墓地。这位医学史上的伟人，安详地躺在铅皮裹着的棺材中。

1883年圣路加节（10月18日），皇家医学院院长詹尼尔爵士亲自主持了哈维的迁葬仪式。医学院同事们把铅棺放在大理石棺柩中，重新装殓了哈维的遗体，把它安放在汉普斯台德大教堂的哈维纪念堂中。

哈维一生中写过大量的科学论著，但是只发表了《心血运动论》和《论动物的生殖》两书以及几封为《心血运动论》辩护的公开信。

在中世纪，古希腊医学家盖仑的理论在解剖学和生理学中占着统治地位。盖仑通过实际观察，发现动脉血管中也是血液，于是提出人体中有两种不同功能的血液。他认为血液从右心室通过心脏的中膈流入左心室，但因心房瓣不够完善，因此有一小部分静脉血从右心室倒流到静脉里，一小部分动脉血从动脉回到左心室里。十六世纪中期以后，情况有了变化，萨维留斯证明盖仑关于血液通过中膈的说法不正确，因为隔开左右心室的隔膜是一块硬肌肉，不容血液通过。但他也没能说明血液怎样从静脉流入动脉，西班牙的弥贵尔·塞尔维特最先提出了另一种解释，他认为血液是通过肺从右心室流入左心室的，人体只有一种血液。塞尔维特否定了盖仑的理论。发现了心与肺之间的血液小循环，但他还没有来得及进一步论证血液循环的理论，就被约翰·加尔文作为异端活活地烧死了。又过了几十年，哈维的老师法布里克斯发现静脉血管中有瓣膜，这无疑是个很重要的发现，但他并不理解瓣膜的真正意义，因为他还同意盖仑的意见，认为血液离开心脏后可在静脉往返流动，而瓣膜的作用仅仅是防止血液积聚在身体的肢端并减少血液的流动。上述这些学者的新发现，对哈维后来的发现无疑起了重大作用。如静脉血与动脉血一旦被认为是同一的，发现血液循环的道路就很平坦了。

哈维是通过一个简单的数学运算来最先形成血液循环这一概念的。哈维估计心脏每次跳动的排血量大约是两盎司，由于心脏每分钟跳动72次，所以用简单的乘法运算就可以得出结论：每小时大约有540磅血液从心脏排入主动脉。但是540磅远远超过了一个正常的整个体重，甚至更加远远地超过了血液本身的重量。因此哈维似乎明显地认识到了等量的血液往复不停地通过心脏。提出这一假说后，他花费了九年时间来做实验和仔细观察，掌握了血液循环的详细情况。

哈维吸收了前人的研究成果和古典作家论述的精华，完整地、精辟地提出了血液循环的伟大理论。他说明：心脏肌内的收缩，是输送血液的动力；脉搏的产生，是由于血管充血而扩张；两心室间没有什么看不见的通道。右心室排出的血液，经肺动脉，肺脏和肺静脉，进入左心室,再由左心室进入主动脉，再送达肢体各部，然后由体静脉回到右心室，这就是一次循环的完成。哈维还进一步指出，流在动脉血管和静脉血管中的血液完全一样；左右心室的作用都是接纳和推动血液，只是左心室接纳的是带有新鲜空气的血液。哈维通过实验说明，心脏每20分钟排出的血液就等于身体内血液的总量；因而血液在流动中不可能完全耗尽，而是在不断的循环流动。哈维也通过实验说明了血液的流动方向，指出静脉血都是向心脏流动的，静脉瓣的作用就在于防止血液倒流。最后，哈维否定了血液循环的起点在肝脏的错误论点。但是，由于条件所限，哈维无法证明动脉血是怎样进入静脉血管中的。他曾断言：动脉血管和静脉血管之间，一定会有某种肉眼见不到的起连接作用的血管，他没有找到这种“中介”的毛细血管，因为他没有使用显微镜。这一工作后来是由意大利医学家马尔切洛·马尔比基最后完成的

哈维彻底否定了心脏的心室之间可以透过血液，指出右心室的血液通过肺循环流到左心室。他证实了心脏瓣膜的作用是防止血液倒流，证实了静脉瓣的作用是防止静脉中的血液以离心脏的方向流动。他通过定量计算和逻辑分析，证明人体及一些动物体内的血量是有限的，血液只能以循环的方式在体内流动。他证明动脉是将血液从心脏输出的血管，静脉是将血液输回心脏的血管，这两上血管系统并不是截然分开的，当剖开静脉，不仅静脉中的血液，而且动脉中的血液都会流空，反之亦然。他说明左右心房和左右心室之间的联系途径，以及它们各自不同的作用。他利用比较解剖的方法，说明了高等动物以及人与低等动物的心血系统的差别，说明了胎儿与成年人心血系统的差别。当然，最重要的还是，哈维从各种角度，利用大量证据证明血液在体内以循环方式流动。哈维的方法是很精巧的。他反复利用定量方法，这在他以前以及同代人的生命科学研究中是不多见的。在说明心脏泵出的血量和证明血液循环时他都利用了这种方法。

哈维对胚胎学所做的研究虽然不如他对血液循环那么重要，但也不是没有意义。他是一位细心的观察家。他在1651年发表的著作《动物的生殖》标志着当代胚胎学研究的真正开始。哈维深受亚里士多德的影响，并同他一样反对先成学说──这种假说认为胚胎即使在其最早的阶段也与成年动物具有同样的总体结构，虽然前者的规模要比后者小得多。哈维正确地提出了胚胎的最终结构是逐渐发展形成的。

哈维的贡献是划时代的，他的工作标志着新的生命科学的开始，属于发端于16世纪的科学革命的一个重要组成部分。哈维因为他的出色的心血系统的研究（以及他的动物生殖的研究），使得他成为与哥白尼、伽利略、牛顿等人齐名的科学革命的巨匠。他的《心血运动论》一书也像《天体运行论》、《关于托勒密和哥白尼两大体系的对话》、《自然哲学之数学原理》等著作一样，成为科学革命时期以及整个科学史上极为重要的文献。