W marcu 1956 podjął pracę jako wolontariusz w Zakładzie Farmakologii PAN, kierowanym wówczas przez Janusza Supniewskiego. W 1957 roku obronił pracę magisterską na temat wpływu kwasu askorbinowego na obraz krwi królika, po czym został zatrudniony w Zakładzie Farmakologii PAN na stanowisku asystenta. Z tą jednostką, przemianowaną następnie na Instytut Farmakologii PAN, Jerzy Vetulani był związany przez ponad sześćdziesiąt lat, aż do końca swojego życia.
Jesienią 1953 poznał Joannę Olczak. Związał się z kręgiem osób skupionym wokół rodziny Mortkowiczów-Olczaków w Domu Literatów przy ulicy Krupniczej, którą to znajomość opisywał: „Można by ich chyba nazwać krakowską cyganerią. (...) Sporo lewicującej młodzieży i inteligencji żydowskiej o postępowych poglądach, która przetrwała wojnę. (...) Pamiętam uroczą babcię Janinę, fantastyczną kobietę i taką prawdziwą żydowską matkę rodu. (...) Dla mnie, początkującego biologa, zetknięcie z tym środowiskiem stanowiło istotne doświadczenie, bo jak wlazłem w grono humanistów, nagle otworzył się przede mną inny świat”.