И тогда Анохин из Института мозга, где он работал под началом Бехтерева, переходит в лабораторию (Военно-медицинская академия) академика Ивана Петровича Павлова. Начинающий исследователь проводит в лаборатории все дни и даже ночи, тем более что выносить книги (их было мало) и диссертации Павлов категорически запрещал (охрана библиотечного фонда велась курьезным способом: книги были прикованы к столам на длинных медных цепочках!).

Задолго до Норберта Винера (1894–1964), когда весь мир дружно заговорил о кибернетике, Анохин (в те, 1930–1934, годы он уже заведовал кафедрой физиологии Горьковского медицинского института; на лекциях любил задавать студентам каверзный вопрос: «Что представляет собой мозг, лежащий на блюде?»), Анохин фактически начал использовать термины «обратная связь», «саморегуляция».

В 1935 году Анохин вводит в науку понятие «санкционирующая афферентация» (с 1952 года – «обратная афферентация», позже в кибернетике – «обратная связь»), тогда же в предисловии к коллективной монографии «Проблемы центра и периферии в физиологии нервной деятельности» дает первое определение функциональной системы.

«В этот период моей жизни, – писал он позже в автобиографии, – когда я был уже профессором, и родилась концепция, которая на всю жизнь определила мои научно-исследовательские интересы… мне удалось сформулировать теорию функциональной системы, показав, что системный подход является наиболее прогрессивным для решения физиологических проблем».

Во время Великой Отечественной войны Анохин и его сотрудники были эвакуированы в Томск, где Петр Кузьмич работал научным руководителем нейрохирургического госпиталя, добившись права делать операции наряду с нейрохирургами (для физиолога это было неслыханной дерзостью), а по вечерам, после операций и научных экспериментов, сажал картошку и овощи, чтобы прокормить себя и семью, запасался дровами.

Осенью 1950 года на известной научной сессии, посвященной проблемам физиологического учения Ивана Петровича Павлова, критике подверглись новые научные направления, развиваемые учениками великого физиолога. Острое неприятие вызвала теория функциональных систем Анохина.

В книге «Гении и злодеи российской науки» ее автор Симон Эльевич Шноль приводит такой характерный факт. Из выступления профессора Э.А. Асратяна: «… Когда с отдельными антипавловскими недомыслиями выступают … Штерн, Ефимов, Бернштейн и им подобные лица, не знающие ни буквы, ни духа учения Павлова, это не так досадно, как смешно. Когда с антипавловскими концепциями выступает такой знающий и опытный физиолог как И.С. Бериташвили, который не является учеником и последователем Павлова, то это уже досадно. Но когда ученик Павлова Анохин под маской верности своему учителю систематически и неотступно стремится ревизовать его учение с гнилых позиций лженаучных идеалистических “теорий” реакционных буржуазных ученых, – то это по меньшей мере возмутительно…»

В результате Анохин был отстранен от работы в Институте физиологии, освобожден практически от всех должностей и лишен возможности проводить научные исследования в Москве. Его направили в Рязань, где до 1952 года он работал профессором кафедры физиологии медицинского института. В 1955 году – он профессор кафедры нормальной физиологии 1-го Московского медицинского института (ныне Московская медицинская академия).

После войны вместе с главным хирургом Советской Армии академиков Николаем Ниловичем Бурденко (1876–1946) создал Академию медицинских наук. С 1960 года много раз был в научных командировках за рубежом (в шестьдесят с лишним лет в течение полугода овладел английским языком настолько, что мог выступать в любой аудитории). В 1966 году он избирается действительным членом Академии наук СССР: его работы получили всемирное признание (но и тогда и до самых последних дней жизни продолжал работать с раннего утра и до 10–12 часов вечера, а летние отпуска сокращал до минимума).

Анохин был разносторонне одаренным человеком, страстно любил музыку, особенно Моцарта, оставил о музыке записи-размышления в дневниках, дискутировал о ней с сотрудниками. Видимо, не будь физиологии, он мог бы оставить яркий след в любой другой науке: астрономии, физике, геометрии, философии.

Как учитель, он никогда не стремился поставить свою фамилию рядом с автором работы, которой руководил (если упрашивали – обычно безрезультатно – говорил: «Я пишу сам».). Никогда не навязывал своего мнения («Мы все стоим перед одной и той же закрытой дверью, – говорил он, – за которой скрывается истина и перспективы исследования, но постараемся открыть эту дверь различными ключами…»). Никогда не практиковал «разносов»: наказывал сотрудников мягкой, но запоминающейся шуткой.

О себе как об ученом полушутя отозвался: «Я – междисциплинарный». В последние годы много хлопотал – давняя мечта – о создании Сеченовского института физиологии (в 1975 году, уже после смерти Петра Кузьмича, был создан фактически сформированный им Институт нормальной физиологии имени Петра Кузьмича Анохина).