1725. gadā kopā brāli Nikolaju devās uz jauno Krievijas Impērijas galvaspilsētu Pēterburgu, kur ķeizarienes Katrīnas I valdīšanas laikā nodarbojās ar medicīnas pētījumiem tur nodibinātajā Pēterburgas Zinātņu akadēmijā. Pēc brāļa nāves pārgāja strādāt matemātikas katedrā (1728). Ķeizarienes Annas valdīšanas laikā Bernulli atgriezās Bāzelē (1733), kur uzrakstīja savu galveno darbu "Hidrodinamika" (1738).