Традиции семейства Дойл диктовали следовать артистической карьере, но все же Артур решил заняться медициной. Это решение было принято под влиянием доктора Брайена Чарльза, степенного, молодого квартиранта, которого мать Артура взяла, чтобы сводить концы с концами. Доктор Валлер получил образование в Университете Эдинбурга, и поэтому Артур решил учиться там же. В октябре 1876 года Артур становится студентом медицинского университета, перед этим столкнувшись еще с одной проблемой — не получением заслуженной им стипендии, которая так была нужна ему и его семье. Учась, Артур встречался со многими будущими известными авторами, такими как, Джеймс Барри и Роберт Луи Стивенсон, которые также посещали университет. Но наибольшее влияние на него оказал один из его преподавателей доктор Джозеф Белл, который был мастером наблюдательности, логики, выводов и обнаружения ошибок. В будущем он послужил прототипом Шерлока Холмса.
Учась, Дойл старался помочь своей семье, которая состояла из семи детей: Аннет, Констанции, Каролины, Иды, Иннеса и Артура, который и зарабатывал деньги в свободное от учебы время, которое выкраивал путем ускоренного изучения дисциплин. Он работал и аптекарем, и помощником различных докторов… В частности, в начале лета 1878 года Артур нанимается учеником и фармацевтом к доктору из беднейшего квартала Шеффилда. Но уже через три недели доктор Ричадсон, так его звали, расстается с ним. Артур не оставляет попыток подзаработать пока имеется возможность, идут летние каникулы, и через некоторое время попадает к доктору Эллиоту Хору из деревни Рейтон из Шроншира. Эта попытка оказалась более успешная, в этот раз он проработал 4 месяца до октября 1878 года, когда необходимо было приступать к занятиям. Этот доктор хорошо отнесся к Артуру, и поэтому следующее лето он вновь провел у него, работая ассистентом.
Дойл много читает и спустя два года после начала образования решает попробовать себя в литературе. Весной 1879 года он пишет маленький рассказ «The Mystery of Sasassa Valley» («Тайна Сасасской долины»), который публикуется в Chamber’s Journal в сентябре 1879 года. Рассказ выходит сильно порезанным, что огорчает Артура, но полученные за него 3 гинеи вдохновляют его писать дальше. Он отсылает еще несколько рассказов. Но удается опубликовать только «The American’s Tale» в журнале London Society. И все же он понимает, что так он тоже может зарабатывать деньги. Здоровье его отца ухудшается, и его помещают в психиатрическую лечебницу. Таким образом, Дойл становится единственным кормильцем своей семьи.
Двадцати лет отроду, учась на третьем курсе университета, в 1880 году, друг Артура Клод Аугустус Куррье предложил ему принять должность хирурга, на которую претендовал сам, но не смог по личным причинам, на китобое «Надежда» под командованием Джона Грея в районе Северного Полярного Круга. Сначала «Надежда» остановилась около берегов острова Гренландия, где бригада перешла к охоте на тюленей. Молодой медицинский студент был потрясен зверством этого. Но, в тоже время, он наслаждался духом товарищества, на борту судна и последующая охота на кита очаровывало его. Это приключение нашло место в его первой истории, касаемой моря, пугающий рассказ «The Captain of the „Pole-star“» («Капитан „Полярной Звезды“»). Без большого энтузиазма, Конан Дойл возвратился к занятиям осенью 1880, проплавав в общей сложности 7 месяцев, заработав около 50 фунтов.
В 1881 году он окончил Эдинбургский университет, где получил степень бакалавра медицины и степень магистра хирургии и стал искать место для работы, вновь проведя лето, работая у доктора Хора. Результатом этих поисков явилась должность корабельным врачом на судне «Mayuba», которое ходило между Ливерпулем и западным побережьем Африки и 22 октября 1881 года началось его очередное плавание.
Плавая, он нашел Африку столь же отвратительной, как Арктику соблазнительной.
Поэтому он уходит с корабля в середине января 1882 года, и перебирается в Англию в Плимут, где совместно работает с неким Каллингуортом, с которым познакомился на последних курсах обучения в Эдинбурге, а именно с конца весны до начала лета 1882 года, в течении 6 недель. (Эти первые годы практики хорошо описаны в его книге «The Stark Munro Letters» («Загадка Старка Монро»). В которой, кроме описания жизни в большом количестве представлены размышления автора о вопросах религии и прогнозы на будущее. Одним из таких прогнозов является возможность построения объединенной Европы, а также объединения англоговорящих стран вокруг США. Первый прогноз не так давно сбылся, а вот второй навряд ли свершится. Также, в этой книге говорится о возможной победе над болезнями, путем их профилактики. К сожалению, единственная страна, по моему мнению, которая шла к этому изменила свое внутреннее устройство (имеется в виду Россия).) Со временем между бывшими однокурсниками возникают разногласия, после которых Дойл уезжает в Портсмут (июль 1882 года), где открывает свою первую практику, расположившись в доме за 40 фунтов годовых, которая стала приносить доход только к концу третьего года. Первоначально клиентов не было и поэтому у Дойля появляется возможность посвятить свое свободное время литературе. Он пишет рассказы: «Кости», «Блуменсдайкский овраг», «Мой друг — убийца», которые публикует в журнале «Лондон сосайети» в том же 1882 году. Живя в Портсмуте, он встречается с Элмой Уэлден, на которой обещал жениться, если будет зарабатывать 2 фунта в неделю. Но в 1882 году после многократных ссор расстается с ней, и она уезжает в Швейцарию.
Чтобы как-то помочь своей матери Артур приглашает пожить у себя своего брата Иннеса, который скрашивает серые будни начинающего врача с августа 1882 года по 1885 год (Иннес уезжает учиться в закрытую школу в Йоркшире). В течение этих лет, наш герой разрывается между литературой и медициной.
В один из мартовских дней 1885 года доктор Пайк, его друг и сосед, пригласил Дойла дать консультацию по случаю болезни Джека Хоукинса, сына вдовы Эмили Хоукинс из Глостершира. У него был менингит и он был безнадежен. Артур предложил поместить его в свой дом для постоянного ухода за ним, но через несколько дней Джек умер. Эта смерть позволила познакомиться с его сестрой Луизой (или Туи) Хоукинс 27 лет, с которой они обручились в апреле, а 6 августа 1885 года поженились. Его доход на тот момент составлял примерно 300, а ее 100 фунтов в год.
После женитьбы Дойл активно занимается литературой и хочет сделать ее своей профессией. Он печатается в журнале «Корнхилл». Один за другим выходят его рассказы: «J. Habakuk Jephson’s Statement» («Сообщение Хебекука Джефсона»), «John Huxford’s Hiatus» («Долгое небытие Джона Хаксфорда»), «The Ring of Thoth» («Кольцо Тота»). Но рассказы рассказами, а Дойл хочет большего, он хочет, чтобы его заметили, а для этого необходимо написать что-то более серьезное. И вот в 1884 году он пишет книгу «The Firm of Girdlestone: a romance of the unromantic» («Торговый дом Гердлстонс»). Но к его большому сожалению книга не заинтересовала издателей. В марте 1886 года, Конан Дойл начал писать роман, который привел его к популярности. Сначала он назывался A Tangled Skein. В апреле он заканчивает его и отсылает в «Корнхилл» Джеймсу Пейну, который в мае этого же года очень тепло о нем отзывается, но отказывает в его публикации, так как он, по его мнению, заслуживает отдельного издания. Так начались мытарства автора, пытающегося пристроить свое детище. Дойл отправляет рукопись в Бристоль Эрроусмиту, и пока ждет ответа на нее, участвует в политических событиях, где впервые с успехом выступает перед многотысячной аудиторией. Политические страсти угасают, а в июле приходит отрицательный отзыв на роман. Артур не отчаивается и отправляет рукопись Фреду Уорну и К0. Но и их роман не заинтересовал. Далее следуют господа Уорд, Локки и К0. Те нехотя соглашаются, но ставят ряд условий: роман выйдет не ранее следующего года, гонорар за него составит 25 фунтов, а автор передаст издательству все права на произведение. Дойл нехотя соглашается, так как хочет, чтобы его первый роман был отдан на суд читателей. И вот, двумя годами позже этот роман был издан в Beeton’s Christmas Annual (Рождественский еженедельник Битона) за 1887 год под названием «A Study in Scarlet» («Этюд в багровых тонах» ), который познакомил читателей с Шерлоком Холмсом (прототипы: профессор Джозеф Белл, писатель Оливер Холмс) и доктором Ватсоном (прототип майор Вуд), ставшими вскоре знаменитыми. Отдельным изданием роман вышел в начале 1888 года и был снабжен рисунками отца Дойла — Чарльза Дойла.