Prelomna godina za naučni rad Milutina Milankovića bila je 1909. Te godine dobija poziv sa Filozofskog fakulteta Beogradskog univerziteta da pređe u Beograd kao predavač na Katedri za primenjenu matematiku, u okviru koje su se nalazile racionalna i nebeska mehanika, i teorijska fizika. Beogradski univerzitet se, od svog osnivanja 1905. godine, posvetio stvaranju mladog i stručnog kadra putem angažovanja mladih i nadarenih ljudi, kako bi se približio uglednim evropskim univerzitetima. Među tim mladim, obrazovanim i talentovanim ljudima bio je i Milanković, koji je u Beču stekao ime i položaj. Našao se u velikoj dilemi, o čemu u svojim sećanjima piše:
„Razmislih, ne pitajući nikoga šta da radim. Ne bih li bolno osetio ogromnu razliku između velikog Beča i malog Beograda? Da li je moja dužnost da živim, radim i umrem u svom rođenom narodu, koji mi nudi ono što može da mi pruži? A katedra primenjene matematike je kao poručena za mene. Na njoj ću naći sve uslove da razvijem svoje sposobnosti i odužim se svome narodu. Tačno one tri grane egzaktnih nauka kojima sam se najviše bavio i koje bi mi, u njihovom zajedničkom sastavu, dale široko polje za onakav naučnički rad kojem sam težio i na kojem bih-tako sam mislio-mogao stvoriti velika dela. Mene je očarao sam naziv katedre Primenjene matematike. Matematiku sam oduvek cenio kao divan alat pri rešavanju problema na koje nailazimo u proučavanju prirode i vasione, a čija se izvanrednost najjače ispoljila u Nebeskoj mehanici i Teorijskoj fizici. A te dve nauke bile su sastavni deo moje katedre.”
Poput brojnih srpskih intelektualaca iz rasejanja, nošen dubokim patriotizmom, napušta udoban život, uspešan i finansijski veoma unosan posao građevinskog inženjera u Beču, te dolazi u Beograd za profesora na Univerzitetu.
Odluku da ostane u Beogradu doneo je iz dubokog uverenja da će se samo onda osećati srećnim i smatrati da je postigao pravi cilj svoga života, ako postane naučnik od formata.
„Tog dana završio se 30-godišnji period moga življenja u Habsburškoj monarhiji, a i doba moje mladosti. Dolaskom u Beograd vratio sam se u krilo svoga naroda i svoje porodice.“
Ukaz o postavljenju Milankovića za profesora primenjene matematike na Filozofskom fakultetu Univerziteta u Beogradu potpisao je tadašnji ministar prosvete Ljubomir Stojanović, 9. septembra 1909. godine po starom kalendaru.
Napuštajući Beč, nije prekinuo prijateljske veze i naučnu saradnju sa brojnim austrijskom naučnicima i institucijama, s kojima je sarađivao i razmenjivao naučne informacije i ideje. Kada su mu mogućnosti dozvoljavale, koristio je priliku da poseti Beč i druga mesta u Austriji, sretne prijatelje i saradnike, da učestvuje u radu značajnih naučnih skupova ili da, u svojstvu konsultanta ili projektanta, učestvuje u izradi velikih građevinskih objekata. U tom cilju 43 puta je posetio Austriju.
