По примеру родителя Владимир выбрал своей специальностью офтальмологию. На каникулах он вместе с отцом вел прием больных и ассистировал ему при оперативных вмешательствах. Володя с детства был очень впечатлительным: это проявилось в том числе в исключительном поэтическом и изобразительном даре. А в дальнейшем его чуткость к пациентам стала поистине легендарной – даже безнадежных больных он старался утешить: «Но ведь наука идет вперед». Впервые соприкоснувшись в земской больнице со страданиями людей, лишенных зрения,

Владимир всякий раз искренне и глубоко сопереживал несчастным. Это заставляло его еще более усердно овладевать знаниями и приобретать необходимый врачебный опыт. Еще на заре своего пути он сам сформулировал девиз, которому следовал в течение всей своей жизни: «Каждый человек должен видеть солнце».

Самой распространенной причиной потери зрения в то время было помутнение передней части наружной оболочки глаза – роговицы, в обиходе известное как бельмо. Наиболее часто при его лечении тогда применялась оптическая иридэктомия – операция, при которой вне области поражения путем иссечения радужки формировался искусственный зрачок. Эта операция была возможна только во время начальной стадии заболевания. Когда же роговица поражена полностью, шансов на успешное лечение не было, а человек неизбежно оставался слепым. Филатов, будучи еще студентом, предположил, что наиболее эффективной в этих случаях стала бы операция пересадки роговицы, или кератопластика. Немецкий врач Артур Гиппель в 1886 году впервые провел эту операцию с помощью изобретенного им трепана, но широкого практического применения метод так и не получил, потому что большинство попыток были неудачными: донорская роговица не приживалась или впоследствии мутнела. Закономерно, что интерес Филатова к кератопластике многие его старшие коллеги не разделяли.

В 1897 году Филатов окончил университет и занял должность ординатора в университетской клинике глазных болезней у профессора А. А. Крюкова – автора первого отечественного учебника по глазным болезням. Здесь, а с 1899 года в Московской глазной больнице под руководством профессора Ложечникова, молодой доктор совершенствовал свою оперативную технику: Филатов всегда был убежден, что офтальмолог, не владеющий хирургическими навыками, не может считаться полноценным специалистом.

В 1903 году в Одессе, в Новороссийском университете, открылась одна из первых российских кафедр офтальмологии, и первую лекцию на тему «О слепоте в России» прочитал профессор С. С. Головин. При кафедре имелась клиника глазных болезней, в нее и был приглашен Филатов на должность ординатора. Владимир Петрович воспринял предложение оставить Москву с облегчением: свежая душевная рана не желала затягиваться (незадолго до этого в младенчестве умер его первый сынишка, после чего от Филатова ушла жена). С переездом появлялась возможность построить жизнь заново.

В 1906 году Филатов стал ассистентом Головина и приступил к написанию докторской диссертации «Учение о клеточных ядах в офтальмологии», которую он посвятил отцу – своему первому учителю. В этой незаурядной работе, блестяще защищенной им в 1908 году, в частности, были затронуты предполагаемые причины неудач при пересадке роговицы. Через год Владимир Петрович вступил в должность приват-доцента, а после отъезда Головина в Москву, в 1911 году, Филатова утвердили заведующим кафедрой офтальмологии Новороссийского университета и руководителем Клиники глазных болезней. Одесское офтальмологическое общество избрало его своим председателем.

28 февраля 1912 года Филатов решился на первую попытку пересадки роговицы. Несмотря на безукоризненное проведение операции, она, к сожалению, закончилась неудачей: пересаженная роговица помутнела. Но Владимир Петрович не отчаялся: разработанный им метод кератопластики имел все шансы на успех. Кроме того, он был достаточно простым, что в перспективе давало возможность ввести его в широкую практику.

В 1913 году Филатов предложил новый способ измерения внутриглазного давления – важного для диагностики офтальмологических патологий исследования, известного как эластотонометрия.

Травмы глаз, с которыми ежедневно приходится сталкиваться офтальмологам, зачастую сопровождаются увечьями лица, приводящими к обезображиванию пациента. Особенно актуальной эта проблема встала с началом Первой мировой войны, когда ранения, термические и химические ожоги лица солдат и офицеров стали массовым явлением. Имевшиеся на тот момент методы пластической хирургии не всегда приводили к нужному результату, и в 1914 году Филатов предложил революционную методику пластики: метод стебельчатого мигрирующего лоскута («филатовский стебель»), суть которого заключалась в постепенной пересадке кожи с одного участка на другой при сохранении кровоснабжения. С помощью «филатовского стебля» хирургам удавалось восстановить целые органы (например нос), незаменимой эта операция показала себя при ожогах и туберкулезе кожи. Она применяется в ходе реконструктивного лечения и в наше время.

Тяготы времен революции и гражданской войны Филатов переживает вместе со своими соотечественниками. Глазная клиника продолжает функционировать, несмотря на периодическое отсутствие самого необходимого для лечения. Владимир Петрович, как и прежде, проводит операции и неустанно ищет способы усовершенствовать свою методику пересадки роговицы. Впоследствии вместе с А. П. Марцинковским Филатов разрабатывает специальный операционный инструментарий для кератопластики (набор Филатова – Марцинковского). Прошли годы, пока наконец врач не достиг своей заветной цели: первая успешная пересадка роговицы была произведена Филатовым 6 мая 1931 года. Для кератопластики была взята роговица трупа. При ее хранении использовался лед, и Филатов отметил, что после охлаждения роговица прижилась намного лучше. Это позволило впервые предположить, что в умирающих замороженных тканях обменные процессы активизируются, и со временем это открытие дало толчок к рождению отдельного направления в медицине – тканевой терапии. Первые пересадки кожи и слизистой, подвергнутых заморозке, были предприняты Филатовым еще в 1930-х годах.