В 1907 году Шмидты переехали в Киев, где находилась 2-я мужская классическая гимназия. Отто поступил сразу во второй класс. В 1909 году он окончил ее, получив среднее образование, и за хорошую учебу был награжден золотой медалью.
Далее Отто Шмидт решил поступать в Университет Св. Владимира в городе Киеве, выбрав в качестве своей специальности математику. 17 августа 1909 года он стал студентом математического отделения физико-математического факультета.
В 1913 году Отто Юльевич опубликовал в университетских известиях большую работу «Об уравнениях, решаемых в радикалах, степень которых есть степень простого числа». Этот труд был удостоен золотой медали. Шмидт трудился весьма увлеченно и к окончанию учебы в университете имел уже три интересные научные работы по математике. Среди них была и достаточно большая по объему книга «Абстрактная теория групп» — это первое на русском языке подробное изложение абстрактной теории групп. Физико-математический факультет принял решение напечатать книгу на свои средства. Шмидт за эту работу был награжден премией профессора Рахманинова.
Отто Юльевич закончил учебу в университете в том же 1913 году. Он получил диплом первой степени, добившись в науке больших успехов. По окончании университета ему предложили остаться на кафедре математики в качестве профессорского стипендиата.
Магистерские экзамены совпали с началом Первой мировой войны. Многие студенты ушли на фронт, а в 1915 году поступило распоряжение эвакуировать Университет Св. Владимира в Саратов.
Почти весь 1914 год Шмидт провел в постели, страдая воспалением легких и плевритом. Врачи запретили ему читать научные книги, но он не внял запретам. Кроме научной он читал и марксистскую литературу. Расширению кругозора помогало и знание иностранных языков: Шмидт владел латышским, греческим, латинским, украинским, немецким, английским, французским и итальянским языками.
В течение 1915–1916 годов Отто Юльевич Шмидт сдал магистерские экзамены по механике, теории функций и теории высших трансцендентных чисел, теории вероятностей, разностороннему исчислению, высшей алгебре, вариационному исчислению. В возрасте 25 лет он стал приват-доцентом университета, к тому времени благополучно вернувшегося в Киев. 23 февраля 1917 года ректор дал согласие на чтение Шмидтом лекций по математике в качестве приват-доцента. Впоследствии он принимал активное участие и в общественной жизни университета.
1917–1918 годы считаются началом государственной деятельности О.Ю. Шмидта.
В июне 1917 года он уезжает в Петроград для участия в работе Всероссийского съезда по делам высшей школы. Его определили на службу в Управление по снабжению, и 14 июня 1917 года он был зачислен на должность старшего делопроизводителя по вольному найму отдела снабжения тканями, кожей и обувью Управления по снабжению предметами первой необходимости министерства продовольствия. При этом за Шмидтом сохранялась должность приват-доцента в университете.
В 1918 году О.Ю. Шмидт переехал в Москву вместе с другими ведущими работниками правительственных учреждений. Здесь он продолжал вести государственную и научную работы. По его инициативе в области высшего образования были проведены некоторые реформы.
Но наиболее Отто Юльевич известен нам своими географическими исследованиями. Огромную славу ему принесли экспедиции в Памирский край и Арктику. Первая экспедиция, в которой он участвовал, была в 1928 году отправлена на Западный Памир. До этого времени эта область на картах обозначалась белым пятном.
Изучением Памира занимались также исследователи Н.А. Северцов, И.В. Мушкетов, А.П. Федченко, В.Ф. Ошанин, Г.Е. Грумм-Гржимайло. Их исследования положили начало научному изучению Памира.
Исследование Памира имело большое значение, в основном потому, что оно давало возможность изучить всю структуру Азии. К тому же существовало и множество легенд об этой области, многие из которых не были проверены.
К организации советско-германской совместной экспедиции правительство приступило в 1927 году. Начальником экспедиции стал Н.П. Горбунов, его заместителем — Д.И. Щербаков. В экспедиции также участвовали: географ Н.Л. Корженевский, астроном Я.И. Беляев, геодезист К.В. Исаков, топограф И.Г. Дорофеев, зоологи А.Н. Рейхардт, Г.Н. Соколов и другие. О.Ю. Шмидт руководил альпинистской группой, куда входили Н.В. Крыленко, Е.Ф. Розмирович, Е.М. Россельс, Л.А. Пермин и И.Г. Дорофеев. Отто Юльевич к тому времени имел солидный альпинистский опыт, провел ряд восхождений на Кавказе и в Альпах.