В 1885 году Кох становится профессором Берлинского университета и директором только что созданного Института гигиены. В то же время он продолжает исследования туберкулеза, сосредоточившись на поисках способов лечения болезни.
В 1890 году Кох объявляет, что такой способ найден. Он выделил стерильную жидкость, содержащую вещества, вырабатываемые туберкулезной палочкой в течение её жизнедеятельности – туберкулин, который вызывал аллергическую реакцию у больных туберкулезом. Однако в практике туберкулин применять для лечения туберкулеза не стали, так как он не обладал никакими особыми терапевтическими свойствами, а даже наоборот, его введение сопровождалось токсическими реакциями и вызывало отравление, что стало причиной его острейшей критики. Протесты против применения туберкулина стихли, после того как обнаружилось, что туберкулиновая проба может использоваться в диагностике туберкулеза, что сыграло большую роль в борьбе с туберкулезом у коров.
В 1906 году Роберт Кох делает открытие о том, что муха цеце является переносчиком возбудителя сонной болезни.
Он был всегда внимательным к своим коллегам, но случались, конечно, и научные расхождения, и споры – в частности, с Луи Пастером и Ильей Мечниковым.
Незнакомым людям он казался малообщительным, подозрительным нелюдимым человеком. Но друзья и коллеги знали его как доброго и участливого человека. Он живо интересовался внешней стороной жизни.
Несмотря на то, что наука занимала в жизни ученого главное место, он был заядлым шахматистом, а также большим поклонником творчества Гете.
Портрет Роберта Коха будет неполным, если не добавить несколько штрихов из его личной жизни. В 1867 году молодой ученый женился на Эмме Адольфине Фрац, у них родилась дочь. Этот брак продолжался более четверти века, но полного счастья супругам не принес. Оказалось, что общих интересов у них никогда не было.
В 1893 году Берлин был потрясен сенсацией: маститый профессор Кох развелся со своей супругой и женится на молодой актрисе Хедвиге Фрайбург. Наконец-то Роберт вытянул счастливый билет – молодая жена стала жить только интересами ученого, сопровождая его во всех научных экспедициях. В 1910 году Кох с женой поехали отдыхать в Баден-Баден, где 27 мая сердце выдающегося микробиолога остановилось.
Кох был удостоен многих наград, в том числе прусского ордена Почета, присужденного германским правительством в 1906 году, и почетных докторских степеней университетов Гейдельберга и Болоньи. Также являлся иностранным членом Французской академии наук, Лондонского королевского научного общества, Британской медицинской ассоциации и многих других научных обществ.