Сразу после окончания Дрезденского политехнического институт Евгений Патон обратился в русское Министерство путей сообшения с просьбой допустить его в виде исключения к защите диплома Петербургском институте инженеров путей сообщения. Однако вместо просимых Патоном проверочных испытаний его согласились принять на 5-й курс института с обязательной сдачей экзаменов по всем предметам и составлением пяти выпускных проектов. «Несмотря на все уговоры остаться в Германии, Патон принял решение уехать в Россию, где были очень нужны хорошие мостовики. В августе 1895 г. он уехал в Россию и поселился в Петербурге. Требования института были необоснованно суровыми, но он принял их. Пришлось потерять ещё год и снова стать студентом, хотя он уже бил дипломированным инженером, имевшим опыт самостоятельного проектирования моста, участвовал в строительстве крупного вокзала и проводил занятия со студентами.

Учёба в Институте инженеров путей сообщения для Евгения Патона была очень напряжённой. За этот год была выполнена такая колоссальная работа, которая в обычных условиях потребовала бы, по словам Патона, двух-трёх лет. С октября 1895 по май 1896 г. он готовился к сдаче экзаменов по двенадцати предметам, которых не было в программе Дрезденского института, и выполнил за четыре месяца пять дипломных проектов. В самом ответственном проекте — проекте моста — Патон при расчёте конструктивных элементов пошёл по новому пути. Отказавшись от старого сложного аналитического метода расчета, он применил способ расчёта по инфлюэнтным линиям, за что и получил похвальные отзывы от известных мостостроителей профессоров института Л. Д. Проскурякова и Л. Ф. Николаи. В 1896 г. Патон закончил Петербургский институт инженеров путей сообщения со специализацией в области мостостроения.

Первые годы инженерной деятельности Патона совпали с интенсивным железнодорожным строительством в России. Осенью 1896 г. Евгений Патон поступил в Технический Николаевской (потом Петербургско-Московской) железной дороги.

Начальником Технического отдела дороги был Ф. С. Ясинский. Технический отдел этой дороги был центром русской научной железнодорожной технической мысли и оказывал огромное влияние на развитие всего железнодорожного строительства в России.

Е. О. Патон работал вместе с Ф. С. Ясинским не только в Техническом отделе Николаевской

железной дороги, но и одновременно в Петербургском институте инженеров путей сообщения. Сразу же после окончания института Ф. С. Ясинский пригласил Патона на должность своего ассистента. Евгений Оскарович руководил студентами четвёртого курса при проектировании ими металлических перекрытий.

Е. О. Патон высоко ценил Ф. С. Ясинского, который, по его словам, был «благородным примером того, как надо жить на земле».

В марте 1807 г. Патон был назначен начальником Технического отдела службы пути Московско-Ярославско-Архангельской железной дороги.

Другим человеком, оказавшим большое влияние на Патона, был известный всему техническому миру России профессор Л. Д. Проскуряков, знаменитый мостостроитель. Он первым начал примененять простые треугольные фермы, весьма экономные и прочные, в железнодорожных мостах с большими пролётами, первым в России оценил графоаналитические методы расчёта, в частности метод расчёта по инфлюэнтным линиям, и начал с успехом применять их в мостостроении. Эти методы расчёта в дальнейшем были развиты Патоном

С самого начала самостоятельной инженерной деятельности Патон был непримиримым борцом с рутиной и технической косностью в решениях мостовых сооружений. Уже в своём первом крупном труде «Расчёт сквозных ферм с жесткими узлами», опубликованном в 1901 г., молодой инженер предложил применить наиболее прогрессивные методы проектирования и расчёта.

В 1897 г. Патон получил приглашение Л. Д. Проскурякова на научно-исследовательскую работу во вновь созданное Московское училище инженеров путей сообщения и организовал в нём кафедру мостов. После успешной защиты диссертации в 1901 г. Евгений Патон был назначен экстраординарным профессором кафедры мостов Московского училища инженеров путей сообщения. Тогда же он приступил к изданию учебников, необходимых для подготовки специалистов-мостостроителей. В это время начинает выходить, наряду с другими работами, его капитальный многотомный курс «Железные мосты», выдержавший впоследствии пять изданий.

С 1904 по 1912 г. Патон был деканом инженерного факультета в Киевском политехническом институте и энергично занимался усовершенствованием учебного процесса, организовал новые кафедры, пригласил других профессоров, создал инженерный музей, кабинет мостов и т. д.

С 1905 г. и на протяжении более четверти века руководил кафедрой мостов.

Многие реформы Е. О. Патона были не по душе как администрации Киевского политехнического института, так и профессуре, предпочитавшей идти по протоптанным дорожкам и относившейся недоброжелательно к каким бы то ни было нововведениям. Попытки Патона перестроить систему преподавания встретили упорное сопротивление. Не сумев добиться проведения в жизнь своих проектов по перестройке учебного процесса, Патон был вынужден оставить руководство деканатом инженерного факультета.

Как автор проектов Патон пользовался у заказчиков большой популярностью. Его мосты были красивы и дёшевы. Но и на этом поприще его постигло разочарование. Всё то новое, что он вносил в работу — рациональное проектирование, направленное на экономию металла, а также удешевление проекта и строительства мостов, — не находило должную поддержку.

Всё это привело к тяжёлому душевному кризису. К середине своего жизненного пути Патон, к тому времени блестяще образованный инженер, профессор, автор многих проектов и нескольких теоретических курсов, добившийся в жизни материального благополучия, официального признания, почувствовал душевную пустоту. Неудовлетворённый своей жизнью, Патон неожиданно для всех в 1913 г. принимает решение об отставке и покидает работу, хотя в это время выходят в свет написанные им третий и четвёртый тома курса «Железные мосты» и широко известный курс «Деревянные железнодорожные мосты».

Позже, вспоминая об этом своём шаге, Е. О. Патон писал: «В 1913 г. я подал директору Киевского политехнического института прошение об отставке. Мне было тогда 43 года, но я решил отойти от активной деятельности. Это был переломный момент в моей жизни. Я осмотрелся и вдруг понял, что я чужой в своей среде, белая ворона, что хозяевам жизни не нужны мои стремления и порывы, мой напряжённый труд, мои способности и мысли, что перспектив для творческой деятельности нет никаких. И я решил отойти от жизни, поселиться в Крыму, отдаться семье, книгам, природе».

В 1913 г. Патон поселился в Крыму. Здесь он перенёс тяжёлую болезнь и уехал лечиться во

Францию, где его застала первая мировая война. Только в начале 1915 г. ему с трудом удалось вернуться на родину. Он снова приступил к работе в Киевском политехническом институте, не считая себя вправе оставаться в стороне от общественных интересов в тяжёлые годы. Он первым начал разрабатывать проекты стальных разборных мостов, устанавливаемых вместо взорванных.

Октябрьскую революцию 1917 г. Патон, по его словам, «встретил растерянно». Но со временем его взгляды изменились.

«Революция властно вмешалась в моё решение, — писал Е. О. Патон — ...моя жажда к труду нашла своё полное удовлетворение. Я перестал быть чудаком-профессором, который, имея материальные средства всю свою жизнь отдавал составлению учебников и проектов, разрабатывал дешёвые конструкции с наименьшей затратой металла — вместо того, чтобы вести «нормальный» образ жизни, проводить вечера в «приятном» обществе или за карточным столом. Я стал настоящим гражданином своего Отечества, так как изменился взгляд на труд...»

После изгнания из Киева интервентов, в начале 1920-х гг., Патон все свои силы отдаёт восстановлению разрушенных мостов и занятиям со студентами в Киевском политехническом институте. Он является главным консультантом в организациях, занимающихся строительством железнодорожных и шоссейных мостов, участвует в решении всех технических вопросов по восстановлению пролётов Дарницкого и Подольского мостов. В 1922—1924 гг. он разрабатывает проект восстановления цепного моста им. Евгении Бош через Днепр в Киеве.