В 1915 году Владимир Иванович Смирнов начал преподавание на физико-математическом факультете университета в качестве ассистента своего учителя и продолжал преподавательскую деятельность в университете до конца жизни. В дальнейшем Владимир Иванович возглавлял кафедру математической физики Ленинградского университета, читал лекции студентам физического факультета.
В 1912—1930 годах он был профессором Петербургского (Ленинградского) института инженеров путей сообщения, в 1929—1935 годах работал в Сейсмологическом и Математическом институтах АН СССР. Начатые академиком Б.Б. Галицыным в конце XIX века изыскания в области сейсмологии были расширены и углублены его учениками и сотрудниками, в результате чего был учрежден Сейсмологический институт (ныне Институт физики земли). В нём В.И. Смирнов возглавил теоретический отдел, в котором работал и его ученик, будущий академик, С.Л. Соболев.
В.И. Смирнов был президентом Ленинградского математического общества. Памятуя заветы В.А. Стеклова, Владимир Иванович затратил немало труда и энергии для издания классиков математики, предпринятой АН СССР. Никто лучше него не был подготовлен к руководству изданием таких сложных и трудных математических сочинений с необходимыми комментариями, как труды М.В. Остроградского и А.М. Ляпунова. В.И. Смирнов не только изучил труды Ляпунова, но и подробно прокомментировал их в большой вводной статье. Будучи крупным историком пауки, В.И. Смирнов возглавлял комиссию по истории физико-математических наук, комиссии по изданию трудов И.А. Лаппо-Данилевского, Н.М. Гюнтера, А.Н. Крылова. В течение многих лет Владимир Иванович являлся председателем Учёного совета Архива АН СССР, а Библиотека АН СССР в течение десятилетий пользовалась его консультациями в деле комплектования фондов зарубежными изданиями по физико-математическим дисциплинам.
Во время Великой Отечественной войны значительная часть Ленинградского университета была эвакуирована на восток, в город Елабугу, что в Татарстане. В.И. Смирнов возглавил там группу университетских специалистов по математике, организовав специальные исследования по аэродинамике и гидродинамике.
Основные его математические труды выполнены по теории функций комплексного переменного: униформизация многозначных аналитических функций; исследование фуксовых групп и фуксовых функций; исследование полноты системы многочленов, ортогональных на спрямляемом замкнутом контуре; вопросы, связанные с предельными значениями аналитических функций. Труды В.И. Смирнова по граничным свойствам аналитических функций и по теории ортогональных многочленов оказали глубокое воздействие на формирование этих разделов и вошли в их золотой фонд.
В ряде исследований (совместно с его учеником академиком С.Л. Соболевым) Владимир Иванович Смирнов разработал новый метод решения некоторых задач теории распространения волн в упругих средах с плоскими границами. Он изучил также функционально-инвариантные решения линейных уравнений эллиптического типа с любым числом переменных.
В.И. Смирнов был тесно связан дружескими и деловыми отношениями со многими выдающимися советскими учёными и написал ряд их неповторимых характеристик. Этими мастерски сделанными очерками он запечатлел привлекательные черты жизни и деятельности А.Н. Крылова, С.И. Вавилова, Т.П. Кравца и многих других.
От своего учителя В.А. Стеклова В.И. Смирнов унаследовал большой интерес к молодой тогда ещё науке — математической физике. Этот интерес естественным образом привёл его к тесному общению с физиками. Многие из них, в том числе Д.С. Рождественский, Ю.А. Крутков, В.А. Фок, К.К. Баумгарт, Т.П. Кравец и другие, на всю жизнь стали его близкими друзьями. Прикладное значение математики, являющейся основой всего точного естествознания и новой техники, сделалось для В.И. Смирнова руководящей идеей и в его собственных исследованиях, и в практической деятельности. Для него стала ясной необходимость написать полный курс математики, предназначенный для широких кругов советских ученых и инженеров. Сделав эту работу основной задачей всей жизни, он с честью сумел её завершить.
Академик В.И. Смирнов — автор популярного «Курса высшей математики» (т. 1—5, 1924—1947), за который в 1948 году был удостоен Сталинской премии. Это сочинение, по которому училось и учится не одно поколение будущих математиков, физиков и инженеров, неоднократно переиздавалось и переводилось на многие языки. Издания постоянно совершенствовались и переделывались. В.И. Смирнову помогали в этом его труде коллеги и ученики. В каждом издании он помещал сведения об авторах тех или иных добавлений в томе по сравнению с предыдущим изданием.
И то влияние, которое оказал на распространение математических знаний этот курс, и многолетнее преподавание в Ленинградском университете, где В.И. Смирнов создал оригинальную математическую школу, представители которой продолжают её направление в многочисленных научных учреждениях и вузах, даже в самых удалённых уголках страны, и личные его глубокие математические исследования в различных, казалось бы, мало связанных между собой отраслях математики — все это сделаю В.И. Смирнова одним из ведущих представителей точного знания в Советском Союзе и завоевало ему исключительный авторитет.
В.И. Смирнов был выдающимся педагогом и организатором науки. За свою долгую жизнь он заведовал многими математическими и механическими кафедрами и прочитал огромное количество разнообразных лекционных курсов (общих и специальных). Владимир Иванович активно участвовал в организации физического факультета ЛГУ и в постановке математического преподавания для физиков. Его педагогические идеи и огромный опыт легли в основу программ по математике для физических факультетов нашей страны. Под его руководством или по его инициативе начали и продолжали работу многочисленные научные семинары, в том числе первые в Ленинграде семинары по функциональному анализу и по теории операторов, а также по приближенным методам анализа. Международную известность приобрёл действующий и поныне семинар В.И. Смирнова по математической физике. Учениками B.И. Смирнова были И.А. Лаппо-Данилевский, Н.Е. Кочин, C.Л. Соболев, Г.М. Голузин, О.А. Ладыженская и другие известные учёные.
Владимир Иванович Смирнов был яркой личностью, деятелем огромного масштаба, в течение нескольких десятилетий находившимся в центре математической жизни Ленинграда. В то же время он был необычайно добрым и щедрым человеком, оказавшим благотворное влияние на очень многих людей, на их судьбы. Об этом говорится во многих статьях и воспоминаниях академика П.Я. Полубариновой-Кочиной, в некоторых произведениях писателя Даниила Гранина. Большая статья академика О.А. Ладыженской о В.И. Смирнове — учёном и человеке — предпослана тому трудов В.И. Смирнова, который вышел в 1988 году в издательстве ЛГУ.
Не одними научными трудами заслужил В.И. Смирнов признание всех, кто его знал. Не менее привлекательными были его личные качества, его редкое обаяние и исключительная скромность. В 1947 году Комиссия по истории физико-математических наук, возглавлявшаяся С.И. Вавиловым, торжественно отметила 60-летие В.И. Смирнова. Вот что записано в протоколе: «Открывая заседание Комиссии, академик С.И. Вавилов сообщил, что член Комиссии академик В.И. Смирнов в связи с исполняющимся 11 июня с.г. 60-летием со дня его рождения награждён Советским правительством высшим орденом — орденом Ленина, и от лица Комиссии поздравил В.И. Смирнова и пожелал ему здоровья и дальнейших успехов на научном и педагогическом поприще. В своём ответном слове, поблагодарив С.И. Вавилова за приветствие, академик В.И. Смирнов подчеркнул, что ему особенно приятно получить поздравление в стенах Академии наук, в стенах учреждения, с которым у него связано много воспоминаний. «Я, — сказал В.И. Смирнов, — всегда с большим трепетом вхожу в помещение Академии и, видя большую величественную лестницу и мозаику Ломоносова, вспоминаю великие тени, которые связаны с Академией и дороги для меня. Наряду с ними я чувствую себя маленьким человеком. Моя роль была очень скромной и заключалась в том, что всё то, что я получил от своих незабываемых учителей В.А. Стеклова и А.М. Ляпунова, я постарался передать своим ученикам, о том же, насколько успешно я это сделал, — судить не мне».
Умер академик Владимир Иванович Смирнов 11 февраля 1974 года в Ленинграде.
Он четырежды награждён орденом Ленина (1947, 1853, 1961, 1967), дважды — орденом Трудового Красного Знамени (1944, 1945), а также медалями, В 1967 году ему было присвоено звание Героя Социалистического Труда.
Владимир Иванович Смирнов в 1932 году был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, в 1936 году стал доктором физико-математических наук, а в 1943 году действительным членом Академии наук СССР.
Представляя кандидатуру В.И. Смирнова в действительные члены АН СССР, академик С.Н, Бернштейн, поддержанный академиками А.Н. Крыловым и Л.И. Мандельштаммом, писал: «Научная и педагогическая деятельность В.И. Смирнова широко известна. Он является автором четырёхтомного курса высшей математики, замечательного не только исключительным богатством содержания, охватывающего все разделы современного анализа, имеющие непосредственное приложение к физике и технике, но и доступностью изложения. Глубокий знаток важнейших областей математики и механики, В.И. Смирнов обладает широким научным кругозором и более всех советских математиков содействует укреплению связи между физикой и математикой. Не случайно среди его многочисленных учеников, которые выдвинулись в различных отраслях математики, на первом месте можно назвать академиков С.Л. Соболева и Н.Е. Кочина, научная деятельность которых развивалась под сильным и благотворным влиянием В.И. Смирнова... У него имеется ряд важных работ как по теории функции комплексного переменного и линейным дифференциальным уравнениям, примыкающим к исследованиям его высокоталантливого, безвременно скончавшегося ученика, члена-корреспондента АН СССР И.А. Лаппо-Данилевского, которые относятся к «чистой» математике, также и не менее замечательные работы по интегрированию волновых уравнений и теории упругости, дающие решение задач большого практического значения. На основании вышесказанного считаю В.И. Смирнова наиболее достойным кандидатом в действительные члены Академии наук по специальности прикладной математики».