В 1895 году состоялся публичный дебют В. К. Агафонова как талантливого ученого-естествоиспытателя и популяризатора науки: в Петербурге вышла в свет его ставшая знаменитой книга «Настоящее и прошлое Земли», которая выдержала не одно издание еще в дореволюционный период, а позднее была даже перепечатана в СССР в 1932 году.
В том же 1895 году ученый был откомандирован за границу для совершенствования в знаниях и подготовки диссертации.
В. К. Агафонов прожил за рубежом три года главным образом в Женеве, где работал под руководством профессора Соре. По возвращении в Россию, нуждаясь в заработке, поступил на службу в министерство финансов, где проработал около двух лет, посвящая свободное время науке и журналистике.
В 1901 году за участие в демонстрации на Казанской площади был выслан из Санкт-Петербурга, затем вернулся в город. В 1903 году защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию «К вопросу о поглощении света кристаллами и о плеохроизме в ультрафиолетовой части спектра». В 1904 году он старший лаборант, затем приват-доцент минералогии и кристаллографии Петербургского политехнического института. В 1904–1905 годах был там же ассистентом при кафедре минералогии.
В 1905 году в знак протеста против «кровавого воскресенья» В. К. Агафонов публично ушел в отставку со службы и активно включился в политическую борьбу. Работал в Совете объединенных землячеств, издавал «Накануне», «Известия крестьянских депутатов» (орган трудовиков), «Трудовую Россию». На втором съезде партии социалистов-революционеров в Финляндии вступил в ее ряды.
В 1906 году ввиду реальной угрозы ареста новоявленный зсэр Агафонов покинул Россию. Перебравшись за границу, он активно сотрудничал в парижской периодике. Вместе с В. Л. Бурцевым и другими товарищами по партии участвовал в разоблачении крупнейшего провокатора XX века — Е. Ф. Азефа.
В конце 1907 года вместе с Я. Л. Делевским возглавил группу социалистов-революционеров «инициативного меньшинства», которая в 1909 году была преобразована в Союз левых социалистов-революционеров. Стал редактором-издателем (вместе с Я. Л. Делевским) печатного органа этой группы — газеты «Революционная мысль», которая издавалась в Лондоне, а затем в Париже в 1908–1909 годах. Свои статьи и публикации в это время писал под псевдонимом Северский. Основной лейтмотив его публикаций — пламенный призыв к усилению террористической деятельности, к созданию отдельных, не связанных организационно в интересах революционной конспирации, террористических дружин.
После Февральской революции В. К. Агафонов значится в числе членов эмигрантского комитета в Париже по отправке политических эмигрантов в Россию. Затем он назначается членом комиссии по разбору архивов бывшей заграничной агентуры Департамента полиции. На основе работы над архивами им и была написана книга о заграничной охранке.