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볼티모어에 있는 존스홉킨스대학교를 미국 내 여러 의료기관 가운데 가장 중요한 위치로 끌어올리기 위해, 현대적인 의학실습과 의학교육을 미국에 도입하는 데 중요한 역할을 했다.

독일의 대학원에서 의학공부를 하면서(1876~78) 로베르트 코흐가 탄저균의 감염성에 관하여 증명한 역사적인 사건을 목격했을 때, 웰치는 브레슬라우대학교의 병리학자인 율리우스 콘하임 연구실에서 일하고 있었다. 미국으로 돌아온 그는 뉴욕 시에 있는 벨뷰 병원 부속 의과대학에서 병리학·해부학 교수가 되었으며(1879), 5년 후에 새로 생긴 존스홉킨스대학교에서 미국에서는 처음으로 순수한 병리학과를 설립했다. 그곳에서 유명한 내과의사인 윌리엄 오슬러와 외과의사인 윌리엄 홀스테드를 교수진에 합류시키는 데 많은 역할을 했다.

의과대학의 초대 학장으로서(1893~98) 웰치는 학생들에게 기초가 되는 자연과학을 철저히 공부할 것을 요구하고 적극적으로 임상분야와 실험에 참여하도록 하는 미국 의료분야에 혁명을 일으킨 교과과정을 구성했다. 그의 제자들 가운데에는 황열병 연구자인 월터 리드와 제임스 캐롤, 미생물학자인 사이몬 플렉스너 등이 있다. 웰치는 플렉스너와 함께 디프테리아 독의 병리학적 효과를 증명했고(1891~92), 미크로코쿠스 알부스와 창상열과의 관계, 그리고 가스괴저를 일으키는 웰치균의 발견 등 독창적인 연구자로도 잘 알려져 있다.