1895-ös királyi rendelet lehetővé tette, hogy  nők is szerezhessenek bölcsész, orvosi és gyógyszerész diplomát, ám Hugonnay Vilma kérelmét ismét elutasították, és csak két évvel később, néhány vizsga letétele után avatták őt doktorrá, így lett ő az első orvosnő Magyarországon. Ezután már hivatalosan is végezhetett magángyakorlatot, elsősorban női és szegény betegekkel foglalkozott.

Oklevele átvétele után tanított is, előadásokat tartott a Bábaképző Intézetben, majd 1907-ben megjelent legfontosabb munkája, A nő mint háziorvos  címmel – ami részben fordításokon alapult, de hasznos gyakorlati ismeretekkel egészítette ki. Egyik alapítója volt az Országos Nőképző Egyesületnek, vezetője a Bábaegyesületnek, majd alapítója és alelnöke a Szabad Lyceum nevű tudmányos ismeretterjesztő társaságnak. Ekkor már teljes egészében orvosi tevékenységéből tartotta fenn magát és családját.

Tudományos érdeklődése a gyermeknevelésre, a nők és gyermekek egészségvédelmére, a nők ipari foglalkoztatásának kérdéseire, a nők képzésére összpontosult. Lelkes kezdeményezője volt a leánygimnáziumok szervezésének, a nők szellemi képzésének. Az Országos Nőképző Egyesületben hat évig tanította a betegápolást, a gyermekgondozást, a gyermekvédelmet, a ragályos betegségek ismereteit. A sajtóban 1907 januárjában Kmetty Károly egyetemi tanárral folytatott vitát a nők jogegyenlőségével.

67 éves korában még tanult: 1914-ben elvégzett egy katonaorvosi tanfolyamot, majd 14 magyar városban szervezett orvosi teendőket ellátó betegmegfigyelői állomásokat. Az I. Világháború alatt 84 magyar orvosnőt szervezett hadikórházakba orvosi szolgálatra, akik később mind diplomát kaptak, Hugonnay Vilmát pedig 1915-ben kitüntették a „hadiékítményekkel díszített érdemjellel”.

Az első magyar orvosnő 75 éves korában, 1922. március 25-én hunyt el Budapesten. Sírja a Rákoskeresztúri temetőben volt. 1980-ban hamvait a Kerepesi úti Nemzeti Pantheonban helyezték végső nyugalomra. Vilma doktorasszony nevét iskolák és szobrok őrzik, legfőképpen pedig a sok ezer magyar orvosnő munkája. Harcos élet az övé, a kitartó tanulás és eredményes munka jó példája, de azt nem tudhatjuk, boldog volt-e, mert személyes visszaemlékezések nem maradtak utána.

Életéről Kertész Erzsébet írt Vilma doktorasszony címmel regényes életrajzot.