Leta 1902 je bil Murko imenovan za rednega profesorja in vodjo seminarja za slavistiko na graški univerzi.
“Moje imenovanje za rednega profesorja slovanske filologije v Gradcu je bilo izvršeno 11. aprila 1902 in ob koncu aprila sem že bil na svojem mestu. Ko sem se prišel zahvalit cesarju Francu Jožefu, me je do neke mere presenetil z izjavo, da mora biti slovenščina prav zaostala, kakor so to po navadi govorili v protislovenskih birokratskih in vojaških krogih. Jaz sem mu odgovoril, da ima slovenščina celo biblijo in prvo slovnico iz istega stoletja kot nemščina” (M. Murko, Spomini, str. 130).
Na graški univerzi je razvil bogato raziskovalno in pedagoško dejavnost. Svojo pozornost je usmeril predvsem k južnoslovanskim jezikom in književnostim ter kmalu postal vodilni poznavalec južnoslovanskih literatur. Leta 1908 je objavil odmevno študijo Die südslawischen Literaturen, prvo veliko sintezo o jugoslovanskih literaturah, in delo Geschichte der Älteren südslawischen Literaturen, v katerem je orisal starejše, predvsem srednjeveško slovstvo južnih Slovanov, ki ga predstavlja kot izraz skupnega kulturnega in družbenega življenja slovanskih ljudstev. Bil je tudi med pobudniki, soustanovitelji in souredniki filološke ter kulturnozgodovinske publikacije Wörter und Sachen (Heidelberg, 1909–1944).
Posvetil se je tudi raziskovanju ljudske snovne kulture. O tej temi je napisal več razprav (o nagrobnih obredih slovanskih narodov, o hišah pri južnih Slovanih, kmečkem orodju idr.). V letih 1903‒1904 je sodeloval pri ustanovitvi Zgodovinskega društva v Mariboru in društvenega Časopisa za zgodovino in narodopisje (ČZN). Skupaj s Karlom Štrekljem (1859–1912) je dosegel, da je bilo v program društva vključeno tudi narodopisje.
S slovensko narodno pesmijo se je intenzivno ukvarjal od leta 1905 naprej, ko je postal član, po smrti Karla Štreklja (1912) pa predsednik slovenskega odbora pri projektu zbiranja ljudskih pesmi in napevov v Avstriji živečih narodov, ki ga je organiziralo ministrstvo za uk in bogoslovje. Poročilo o zbranem gradivu z naslovom Velika zbirka slovenskih narodnih pesmi z melodijami je objavil po prvi svetovni vojni v Etnologu (1929). Največ pozornosti je desetletja dolgo posvečal južnoslovanskemu pesniškemu izročilu. V letih 1909‒1913 je prvič študijsko potoval po Hrvaški ter Bosni in Hercegovini, pri čemer se je posebej zanimal za ljudsko epiko. Nadaljnje terensko preučevanje je za nekaj let prekinila prva svetovna vojna.
Med letoma 1917 in 1920 je Murko deloval kot redni profesor slavistike v Leipzigu, tedanjem središču slavističnih študij v nemškem cesarstvu. Sodeloval je pri izdajanju slavistične serije Slavica (Heidelberg, 1919–1937) in postal član Saške akademije znanosti. V leipziškem obdobju se je začel posvečati vprašanju južnoslovanske reformacije in protireformacije.
