Георгий Петрович Дементьев начал свою научную деятельность в конце двадцатых годов в Московском университете.
В отличие от большинства орнитологов, начинающих обычно с экскурсий, поездок и орнитологических сборов, Георгий Петрович вначале выступает как «кабинетный работник». И к этому были свои основания. В самом деле, в конце двадцатых и в начале тридцатых годов не было недостатка в молодых зоологах, стремившихся к коллектированию в различных районах нашей страны, итогом которых являлись фаунистические описания, обычно довольно примитивные. В то же время остро ощущалась нужда в ученом, который, находясь в центре, был бы в курсе ведущихся орнитологических исследований, мог оценить вновь добытые, подчас разрозненные факты, помочь советом и руководством. Акад. М. А. Мензбир был тяжело болен, С. А. Бутурлин по роду служебной деятельности стоял несколько в стороне. Поэтому появление в Москве, в Зоологическом музее университета, молодого орнитолога, не отвлекавшегося на фаунистические поездки, было необходимо для развития нашей науки.
В 1931 году Г. П. Дементьев занял пост заведующего отделом орнитологии в получившем к тому времени новую структуру Зоологическом музее Московского университета и быстро завоевал всеобщий авторитет и признание. За короткий срок он сумел превратить этот отдел в один из основных центров орнитологической науки в Советском Союзе. К нему шли сборы, письма, запросы, оттиски новых работ, журналы, книги. Коллекции отдела непрерывно росли, из его стен выходили многочисленные научные работы. Вокруг Георгия Петровича группировались молодые орнитологи, приезжавшие готовить кандидатские и докторские диссертации из других городов нашей страны.
Одновременно с работой в Музее Г. П. некоторое время сотрудничает в Институте зоологии Московского университета, в 1934 году ему присваивают звание действительного члена Института, а в 1936 году — степень доктора биологических наук (без защиты диссертации). В 1941 году Г. П. Дементьев становится профессором кафедры зоологии позвоночных на биологическом факультете Московского университета, а позднее, с 1956 года, заведует межкафедральной орнитологической лабораторией того же факультета.