1909–1916 oli ta Peterburi Ülikooli eradotsent, õpetades sanskriti keelt, ja Keiserliku Teaduste Akadeemia uurija, tegeldes eelkõige Sise-Aasiast leitud budistlike käsikirjade uurimise ja dešifreerimisega. 1916 suundus Staël von Holstein teaduslähetusele Hiinasse, kuhu jäi püsivalt elama pärast kommunistide võimuhaaramist Venemaal, saades rahvusvaheliselt tuntuks budistlike tekstide ja tiibeti budistliku kunsti uurijana. Staël von Holstein rajas Harvardi Ülikooli toetusel Pekingi Ülikooli juurde Hiina-India Instituudi (ingl Sino-Indian Institute ). Tema tuntuim töö on Kāśyapaparivarta sanskriti-, tiibeti- ja hiinakeelse tekstipublikatsiooni avaldamine, mille sanskritikeelse teksti ta ise fragmentide ja tõlgete põhjal taastas. 1920ndate lõpus astus Staël von Holstein Eesti Vabariigi kodakondsusesse.
