Вернувшись в Россию, Тарханов представляет администрации Военно-медицинской академии выполненные в период командировки 15 работ и получает 29 ноября 1875 года звание приват-доцента физиологии. 2 мая 1877 года Тарханов был утвержден в качестве экстраординарного профессора. В 1879 году появляется его монография «О психомоторных центрах и развитии их у человека и животных». В том же году он переводит «Технический учебник гистологии» Ранвье и тогда же выходит его статья «О применении телефона в животном электричестве». Под его редакцией переводится «Общая мышечная и нервная физиология» И. Розенталя, а также «Опыты над естественным сном животных». С 1878 по 1883 год Тарханов читает лекции по физиологии врачам ветеринарного факультета Военно-медицинской академии.
Профессор Тарханов тесно дружил с С. П. Боткиным, его сыном С. С. Боткиным, который был учеником, а затем сослуживцем Тарханова, А. А. Остроумовым — основоположником передовой клинической мысли, Бородиным — химиком и композитором, И. Е. Репиным — великим русским художником, семьей Антокольских, Чеховым, Горьким, Стаховым, Менделеевым, Бехтеревым, Павловым. Тарханов был женат на Е. П. Антокольской, скульпторе по профессии.
Профессора И. Ф. Циона студенты не приняли, и он уехал за границу, где вскоре оставил физиологию и занялся коммерцией. После ухода Циона и назначения на кафедру в 1876-1877 годах приват-доцентом Тарханова место его ассистента было предложено И. П. Павлову, который демонстративно отказался, хотя сам ранее на это место претендовал. Академик П. К. Анохин объясняет это личными соображениями: Тарханов не импонировал Павлову как научный руководитель. Горячая натура Тарханова с его кавказским темпераментом не забудет чувства обиды, нанесенное демонстративным отказом Павлова от занятия места ассистента.
В 1883 году Иван Рамазович являлся оппонентом при защите И. П. Павловым диссертации на тему «Центробежныенервы сердца». В освещениихода защиты диссертации на страницах «Международной клиники» (1883 г, №10) отмечается, что Тарханов сделал много серьезных возражений диссертанту; диспут продолжался полтора часа. Главные возражения были в отношении «небрежного отношения» к литературе вопроса (в своей диссертации Павлов не указал работ Тарханова в отношении иннервации сосудов). «Читающий получит впечатление, что до вас ничего не сделано», — говорит Тарханов и продолжает далее: «…скромность в ученом — высшее качество», «способы исследования, употребленные автором, крайне примитивны»… Полным диссонансом с этой оценкой звучал отзыв доктора Соколова, который на замечание Павлова о скудности лабораторных средств для выполнения данной работы возразил, что, напротив, богата та лаборатория, из которой выходят такие труды, каков труд автора. Диссертант, полный еще воинственного возбуждения, по дороге домой потрясал в воздухе руками, громко говорил идущему с ним Каменскому: «Ну, конечно, он не прав. Он же не понял дела. Нет, ему, в самом деле, досадно, вот он и придирается»… далее
М.С. Шойфет, «Сто великих врачей»