En 1681, Rømer regresó a Dinamarca y fue nombrado profesor de astronomía en la Universidad de Copenhague, y ese mismo año se casó con Anne Marie Bartholin, la hija de Rasmus Bartholin. También estuvo activo como observador, tanto en el Observatorio Universitario de Rundetårn como en su casa, utilizando instrumentos mejorados de su propia construcción. Desafortunadamente, sus observaciones no han sobrevivido: se perdieron en el gran incendio de Copenhague de 1728.
- ¿ Qué? Sin embargo, un ex asistente (y más tarde un astrónomo por derecho propio), Peder Horrebow, describió y escribió fielmente sobre las observaciones de Rømer.