В начале 1833 года Леннрот получил должность районного врача в Восточной Финляндии, в небольшом городке Каяни. Здесь он прожил 21 год, до конца 1853 года — самого плодотворного периода своей жизни.
В эти годы Лённрот выполнил огромную работу по собиранию фольклора и эпоса «Калевала», принёсшего ему мировую известность. Леннрот совершил 11 поездок по Карелии (финской и русской, 1828—1842), в том числе по территориям, населённым карелами, в восточных и частью северных районах Олонецкой и Архангельской губерний (в 1832—1837, 1841—1842). Эти путешествия он совершал пешком, с ружьём и сумой за плечами, или в лодке как фольклорист и лингвист, однако его путевые записи — дневники и заметки, большей частью опубликованные, содержат обилие сведений географических и краеведческих: о путях и способах передвижения, ландшафте, озёрах, реках, селениях, населении, его быте и промыслах, экономическом положении, обычаях, состоянии врачебной помощи и т. д. Некоторые из его краеведческих наблюдений, особенно бассейна Верхней Кеми, не утратили своего познавательного значения.
В первую поездку (1828) по русской Карелии он захватил частично Приладожье (Сортавала), во второе путешествие (лето 1832), перейдя границу через Колвасъярви, Лённрот посетил Реболы, Каскеснаволок, Минозеро и Бабью Губу (Каменное озеро) и через Лендеры вернулся в Финляндию — Каяни, Куопио, Порвоо, Хельсинки.
В 1833 году Лённрот провёл основную фольклорную экспедицию по записи песен-рун «Калевалы»: из Каяни в русскую Карелию через Вуоки, Каменное[какое?], на Войницы и Вокнаволок (озеро Верхнее Куйто); через Каменное озеро возвратился домой. Пятое — по общему счёту и четвёртое — по Карелии (апрель 1834) короткое путешествие (18 дней) протекало преимущественно в русской Карелии. Лённрот побывал в Войнице, Ювалакше, Ухте, Вокнаволоке, на Каменом озере и в Ладвозере, то есть в верхней части бассейна реки Кеми. Здесь состоялась встреча Лённрота со знаменитым рунопевцем Карелии — Архипом Пертуненом.
В следующем путешествии (1835) Лённрот, закончив «Калевалу», Лённрот прошёл большой маршрут по северо-восточной Карелии, посетив Реболы, Ругозеро, оттуда вдоль реки Чирка-Кемь в Юшкозеро, Ухту (ныне — поселок Калевала), Ювалакшу, Вокнаволок. Самым длительным и сложным по маршруту было его путешествие в 1836—1837 годах. В первую половину поездки была пройдена северная часть маршрута: через Ухту, Кереть, Ковду посетил Кандалакшу и Колу на Кольском полуострове, Петсамо (Печенга) и всю северную часть Финляндии.
Сразу же по возвращении домой Лённрот отправился на юг, через Вокнаволок и Реболы к карелам Восточной Финляндии до северного побережья Ладожского озера.
В последнее путешествие по Карелии Лённрот поставил задачу филологического исследования карельских диалектов и собирания материалов для большого шведско-финского словаря.
В 1841 году Лённрот посетил Петрозаводск. Собранные руны великого карело-финского эпоса «Калевала» Лённрот объединил и издал первоначально в 1835 и окончательно в 1849 году (2-е издание).
Кроме этого основного труда и важнейшего языковедческого — упомянутого словаря, он опубликовал сборники: «Финские народные пословицы» (1842), «Финские загадки» (1844) и др. Как врач и естественник Лённрот составил: «Домашний врач финского крестьянина» (1839) и «Флора Финляндии» (1860).
В 1841—1842 Лённрот вместе с М. Кастреном совершил большую этнографо-лингвистическую поездку по Лапландии. В ученом мире своей страны Лённрот выдвинулся глубокими знаниями в области финского языка и фольклора.