После смерти Н.Е. Введенского Ухтомский в 1923 г. возглавил кафедру физиологии. В этом же году увидела свет статья «Доминанта как рабочий принцип нервных центров». Принцип доминанты, согласно Ухтомскому, определяет поведение животных и человека. В учении о доминанте развиты идеи о роли периферийно-центральных и межцентральных циклов импульсов, природы автоматизма как механизмов поддержания нервной деятельности и поведения.
С 1924 г. ученый начал читать курс лекций «Физиология двигательного аппарата как основа физиологии труда». В 1927 г. увидели свет теоретические статьи «Парабиоз и доминанта», «Доминанта как фактор поведения».
В 1927–1938 гг. Ухтомский – президент Ленинградского общества естествоиспытателей. В 1932 г. он стал членом-корреспондентом АН СССР, а в 1935 г. – академиком.
С 1935 г. он – директор основанного им Физиологического института при Ленинградском университете.
В статье «15 лет советской физиологии» А.А. Ухтомский осветил основные достижения отечественной физиологии после Октябрьской революции; школ И.П. Павлова, Н.Е. Введенского, Казанской физиологической школы.
В книге «XV Международный физиологический конгресс» (1936) он дал анализ состояния физиологической науки в СССР и в Западной Европе.
В годы блокады А.А. Ухтомский оставался в Ленинграде и подготовил курс лекций по физиологии нервной системы.
Умер 31 августа 1942 г., похоронен на Волковском кладбище.
Открытия и обобщения А.А. Ухтомского посвящены проблемам нейрофизиологии, общей и эволюционной физиологии. В его трудах обоснована идея междисциплинарных связей – нейрофизиологии, биологии, психологии, медицины и теории познания, искусства.
