Po siedmich rokoch vo Švajčiarsku, Willstätter vrátil do Nemecka v roku 1912, aby sa miesto ako profesor na Kaiser Wilhelm inštitútu chémie v Berlíne-Dahlom. On učil na univerzite od roku 1912 do 1916. Tam on robil výskum na antokyanov, skupina pigmentov, sa tvoril v bunkovej miazgy rastlín, robil produkuje hlboké červená, modrá, levanduľa a fialovej farby lístkov, listy, korene, alebo plody. Farby pozorované u jesenného lístia sú produkované antokyanov. Willstätter naučil vzniesli odtiene farieb v skupine kvetín sú vyrábané iba tri antokyanov s miernymi chemických rozdielov. Po skončení prvej svetovej vojny (1914-1918), on študovaných enzýmov, látky sa urýchliť chemické reakcie v živých organizmoch. Ukázalo sa, že naozaj enzýmy boli chemikálie skôr než biologických organizmov.
vyšetrovanie Willstätter v týchto enzýmov podieľajúcich sa na fotosyntéze poskytuje základ pre mnoho neskorších objavov v modernej biochémie. Nobelov výbor vyznamenaný Nobelovou cenou za Willstätter s chémiu v roku 1915 za jeho báda na chlorofylu a iných rastlinných farbív.
V roku 1916 sa vrátil do Willstätter mníchovskej univerzite. V roku 1924, však, on odstúpil zo svojej funkcie na univerzite v tvári antisemitského tlaku. V roku 1938, antisemitských opatrení v nacistickom Nemecku sa stal vážne. V roku 1939 musel utiecť Willstätter, stratil väčšinu svojho majetku. Emigroval do Švajčiarska a presťahoval sa do Locarne. Tam napísal jeho autobiografii, Z môjho života (Z môjho života), ktorá bola uverejnená v roku 1949 po jeho smrti.
Willstätter vyhral Davy medailu Royal Society of London v roku 1932. On bol zahraničný členka Royal Society of London a držal čestné tituly z niekoľkých univerzít top. Zomrel 3. augusta 1942 v meste Locarno, Švajčiarsko.