W latach 1958–1959 stał na czele oddziału torakochirurgicznego w Otwocku, zaczął wówczas przeprowadzać tam operacje resekcji płuc. W Dziekanowie Leśnym wprowadził badania bronchoskopowe, a w Sanatorium Gruźlicy Kostno-Stawowej metody leczenia gruźlicy kręgosłupa. W 1961 z ramienia Światowej Organizacji Zdrowia wyjechał na rok do Konga. Od 1964 jako konsultant kardiochirurgii współpracował z Akademią Medyczną w Krakowie, gdzie wprowadzał różne metody leczenia chirurgicznego chorób serca. Kardiochirurgią zajął się szczególnie po objęciu w 1969 stanowiska ordynatora oddziału chirurgii stołecznego Szpitala Wolskiego, który pod jego kierownictwem stał się wiodącym ośrodkiem kardiochirurgicznym. W 1980 został kierownikiem II Kliniki Kardiochirurgii Instytutu Kardiologii, którym był do czasu przejścia na emeryturę w 1994.
Wacław Sitkowski zaliczany jest do pionierów kardiochirurgii polskiej. Brał udział w pierwszej w Polsce operacji na otwartym sercu. Uczestniczył we wprowadzaniu do praktyki klinicznej i rozpowszechniania w polskich ośrodkach krążenia pozaustrojowego. Był autorem pionierskich operacji w tym wszczepienia zastawki aorty, przeprowadził pierwszy opublikowany przypadek zeszycia ubytku międzykomorowego spowodowanego przez zawał.