Na Uniwersytecie Warszawskim zorganizował w 1931 roku nowoczesną, jak na owe czasy, pracownię doświadczalną, mieszczącą się przy ulicy Oczki 3. W pracowni – wraz ze swoimi asystentami Ignacym Adamczewskim, Stanisławem Mrozowskim i innymi – prowadził badania z dziedziny spektroskopii, dielektryków, promieniowania kosmicznego.
W latach 1934–1938 pełnił funkcję prezesa Polskiego Towarzystwa Fizycznego. W 1938 zorganizował w Warszawie konferencję naukową na temat nowych teorii fizycznych, na którą przyjechał m.in. Niels Bohr.
II wojna światowa i dalsze lata Po zajęciu Polski przez Niemców w 1939 w New York Timesie pojawiła się notatka o rozstrzelaniu profesora. Wywołało to poruszenie w środowiskach emigracyjnych. Doktorant Białobrzeskiego – Myron Mathisson napisał w 1940 krótki nekrolog profesora opublikowany w Nature.
W czasie II wojny światowej zorganizował w swoim laboratorium przy ulicy Oczki 3 placówkę usługową dla służb miejskich, będącą przykrywką dla tajnego nauczania i badań. Laboratorium zniszczone zostało podczas sowieckich nalotów na Warszawę z 20 na 21 sierpnia 1942.