Od 1845 przez 12 lat pracował jako urzędnik w zarządzie kolei żelaznej warszawsko-wiedeńskiej. Jednocześnie podjął systematyczne badania terenowe, początkowo na Mazowszu, z czasem objął nimi cały obszar dawnej Rzeczpospolitej.W latach 50. odniósł sukces w zakresie muzyki - w 1853 odbyły się, w wykonaniu amatorów, prywatnie premiery dwóch obrazów z życia ludu: "Króla pasterzy" i "Scen w karczmie". "Król pasterzy" doczekał się także wystawienia siedmiu przedstawień w Teatrze Wielkim w 1859.
Jednocześnie współpracował z warszawskimi czasopismami - pisał artykuły o tematyce ludowej, jak również z zakresu historii muzyki do "Biblioteki Warszawskiej", "Tygodnika Ilustrowanego", "Kłosów". Od 1859 do 1868 był współredaktorem Encyklopedii powszechnej Samuela Orgelbrandta, dla której opracował ok. 150 haseł.
W latach 1856-57 zaczęły ukazywać się zeszyty "Pieśni ludu polskiego", zawierające ponad 400 melodii ludowych w formie autentycznej, bez opracowania harmonicznego. Zostały one przyjęte entuzjastycznie i bardzo wysoko ocenione. Kolberg planował wydawanie dalszych tomów pieśni, jednak do kontynuacji serii w systematycznym układzie nie doszło. W 1865 ukazał się I tom dzieła pt. "Lud. Jego zwyczaje, sposób życia, mowa, podania, przysłowia, obrzędy, gusła, zabawy, pieśni, muzyka i tańce. Seria I. Sandomierskie". Odtąd realizował tę nową koncepcję poprzez cykle monografii regionalnych, tworzących obraz XIX-wiecznej kultury ludowej. W 1867 wydał "Kujawy" jako serię III i IV "Ludu...", traktując tym samym "Pieśni ludu polskiego" z 1857 jako serię I, a "Sandomierskie" jako serię II swojego dzieła. Bezskutecznie szukał pomocy finansowej dla swego przedsięwzięcia. Brak materialnego wsparcia edycji, sytuacja polityczna w Królestwie Polskim oraz obietnica subwencji ze strony Krakowskiego Towarzystwa Naukowego skłoniły go do opuszczenia na zawsze Warszawy w 1871. Zamieszkał pod Krakowem najpierw w Mogilanach, u przyjaciela, towarzysza pierwszych wędrówek, Józefa Konopki, a następnie w Modlnicy we dworze Juliana, brata Józefa, gdzie spędził 13 lat. Bliskość Krakowa, związek z jego środowiskiem naukowym, ówczesne warunki polityczne w Galicji stwarzały znacznie lepsze możliwości pracy, niż te, na które pozwalała sytuacja w zaborze rosyjskim.
W 1873 Kolberg został członkiem-korespondentem Krakowskiej Akademii Umiejętności, a w 1874 przewodniczącym sekcji etnologicznej Komisji Antropologicznej Akademii. W 1878 udał się na światową wystawę do Paryża. Za swoje wydawnictwa, eksponowane w dziale etnograficznym pawilonu austriackiego, otrzymał brązowy medal. Był jednym z patronów naukowych zorganizowanej w 1880 wystawy etnograficznej w Kołomyi.
