W 1681 roku Rømer wrócił do Danii i został mianowany profesorem astronomii na Uniwersytecie w Kopenhadze, a w tym samym roku ożenił się z Anne Marie Bartholin, córką Rasmusa Bartholina. Działał również jako obserwator, zarówno w Uniwersyteckim Obserwatorium w Rundetårn, jak i w swoim domu, używając ulepszonych instrumentów własnej konstrukcji. Niestety, jego obserwacje nie przetrwały: zostały utracone w wielkim pożarze Kopenhagi w 1728 roku.
- Co? Jednak jego były asystent (a później samodzielny astronom), Peder Horrebow, wiernie opisał i pisał o obserwacjach Römera.