Этот отдел в 1934 г. вошел в состав Всесоюзного института экспериментальной медицины. С 1945 по 1947 г. 3. В. Ермольева — директор Института биологической профилактики инфекций. В 1947 г. на базе этого института был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт пенициллина (в последующем Всесоюзный научно-исследовательский институт антибиотиков), в котором она заведовала отделом экспериментальной терапии. Одновременно с 1952 г. и до конца жизни Зинаида Виссарионовна возглавляла кафедру микробиологии и лабораторию новых антибиотиков Центрального института усовершенствования врачей (ныне Российская медицинская академия последипломного образования).
История появления отечественного антибиотика, пенициллина-крустозина, началась в 1942 году и неразрывно связана с именем доктора Ермольевой. З.В. Ермольевой первой в СССР удалось получить пенициллин, а также наладить и организовать промышленное производство этого первого отечественного антибиотика. Также одним из важных направлений научной деятельности Зинаиды Виссарионовны является изучение холеры. В 1923 г. в журнале «Юго-Восточный вестник здравоохранения» была опубликована ее первая статья «К биологии холерного вибриона по материалу эпидемии за 1922 г. в Ростове-на-Дону», выводы которой не утратили своего значения до наших дней. Также чтобы доказать роль неагглютинирующихся вибрионов в этиологии кишечных заболеваний, Зинаида Виссарионовна провела опасный для жизни эксперимент на себе.