W Vantsy założył również własny warsztat, w którym zajmował się wytwarzaniem narzędzi oraz produkcją i reperacją prostych maszyn. Od lokalnego duchownego nauczył się łaciny. Fama o zdolnościach Polhema w majsterkowania szybko się roznosiła. Anders Spole, profesor matematyki na Uniwersytecie w Uppsali zaproponował mu studia pod swoim kierunkiem, jeżeli uda mu się naprawić dwa przywiezione przezeń zegary. Polhem naprawił je bez trudu w 1687 roku, w wieku 26 lat, zaczął nadrabiać stracone lata edukacji.
W 1691 roku ożenił się z Marią Hoffmann. Miał dwoje dzieci, Gabriela i Emerencję. W 1716 roku otrzymał szlachectwo z rąk króla szwedzkiego w uznaniu zasług uczynionych dla kraju. Nazwisko zostało zmienione z Polhammar na Polheim, później na Polhem. Wraz z synem Gabrielem zostali członkami Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk w roku jej założenia – 1739. Zmarł z przyczyn naturalnych w 1751 roku w Sztokholmie.