Даль служил на Черном море до 1824 г., а после ареста по подозрению в сочинении эпиграммы на главнокомандующего Черноморским флотом А.С. Грейга переведен на Балтику.
В 1826 г. Даль поступил в Дерптский университет на медицинский факультет. В период учебы в 1827 г. журнал «Славянин» публикует первые стихотворения Даля. Однако в 1828 г. в связи с началом русско-турецкой войны Даль досрочно выдержал экзамен на доктора медицины и хирургии. В ходе русско-турецкой войны и польской кампании 1831 г. Даль проявил себя как блестящий военный врач. С марта 1832 г. он служил ординатором в военно-сухопутном госпитале Петербурга и вскоре стал известным хирургом, особенно окулистом (он сделал более сорока успешных операций только по снятию катаракты). Позднее, оставив хирургическую практику, Даль сохранил интерес к офтальмологии и гомеопатии.
В 1830 г. Даль выступил как прозаик (повесть «Цыганка» в «Московском телеграфе»), а в 1832 г. появились «Русские сказки из предания народного изустного на грамоту гражданскую переложенные, к быту житейскому приноровленные и поговорками ходячими разукрашенные Казаком Владимиром Луганским. Пяток первый». Так появился псевдоним Казак Луганский, взятый Далем в честь родного Луганска. Ректор Дерптского университета решил пригласить Даля на кафедру русской словесности, а «Русские сказки» были приняты в качестве диссертации на соискание ученой степени доктора филологии, но министр просвещения посчитал книгу неблагонадежной, и осенью 1832 г. Даля арестовали, когда он проводил обход больных. Его спасло только заступничество В.А. Жуковского, который представил обвинение как недоразумение. Даля оправдали, но нераспроданный тираж книги уничтожили.
В начале 1833 г. Даль женился, а в июле был переведен в Оренбург чиновником особых поручений при военном губернаторе В.А. Перовском. Во время службы на Южном Урале он собирал коллекции флоры и фауны Оренбургского края, за которые в 1838 г. его избрали членом-корреспондентом Петербургской академии наук. Материалы по фольклору, этнографии башкир, казахов, русских и других местных народов легли в основу его произведений. В 1835 г. Даль стал членом-корреспондентом Уфимского губернского статистического комитета. В 1833–1839 гг. вышли в свет «Были и небылицы Казака Луганского». В 1839–1840 гг. Даль в качестве доктора участвовал в Хивинском походе. В сентябре 1833 г. Даль сопровождал А.С. Пушкина, с которым он познакомился в 1832 г. в Петербурге, по пугачевским местам Оренбургского края. А с конца 1836 г. Даль жил в Петербурге, где вновь встречался с поэтом. Даль вел дневник истории предсмертной болезни Пушкина, присутствовал при его смерти и писал протокол вскрытия.