Tam kontynuował praktykę lekarską. W 1945 został powołany do Ludowego Wojska Polskiego i sprawował funkcję 4 Szpitala Okręgowego w Łodzi do listopada 1945. Wówczas został adiunktem w II Klinice Chorób Wewnętrznych i był jednym z jej powojennych współorganizatorów, którzy tworzyli Uniwersytet Łódzki i Akademię Medyczną w Łodzi.
W 1948 uzyskał habilitację w zakresie patologii i terapii szczegółowej chorób wewnętrznych, a następnie otrzymał etat docenta. W 1954 uzyskał tytuł profesora nadzwyczajnego przy II Klinice Chorób Wewnętrznych w Łodzi. W roku akademickim 1962/1963 pełnił funkcję prodziekana Wydziału Lekarskiego Akademii Medycznej w Łodzi. W 1963 został kierownikiem II Kliniki Chorób Wewnętrznych w Łodzi (jego poprzednikiem był Jerzy Jakubowski), w 1969 przemianowanej na Klinikę Kardiologii Instytutu Chorób Wewnętrznych, w której Włodzimierz Musiał został dyrektorem Instytutu. W 1975 został dyrektorem Instytutu Kardiologii Akademii Medycznej w Łodzi, powstałego na bazie Kliniki Kardiologii I Kardiochirurgii Akademii Medycznej i pracował w niej do końca życia.