בראשית 1920 הוזמן שטיין על ידי ד"ר יצחק מקס רובינוב והנריטה סאלד לפעולה רפואית בארץ והתמנה למנהל בית החולים, מנתח ומיילד ראשי. הוא הנהיג לראשונה את הטיפול בילדי בתי הספר בתל אביב ובמעון ילדים שבשכונת מנשייה ביפו, הסדיר את הטיפול בעולים בבית ההסגר ובבית העולים שבשכונת עג'מי ביפו יחד עם ד"ר משולם ליבונטין, וניתח את הפצועים ממאורעות תרפ"א ביפו ובתל אביב (1921).
במאי 1923 הקים בשותפות עם הד"ר ברונו רוזנהיים והד"ר גרהרר שרייבמן סנטוריום פרטי שהיה קרוי "המבראה" ברחוב ביאליק 19 בתל אביב. שרייבמן שכר את הבית ברחוב ביאליק 19 בתל אביב מידיו של הסופר ש. בן-ציון, אביו של הצייר נחום גוטמן. לאחר פתיחת המקום פרש שטיין מהשותפות.[1]
ד"ר אפרים סיני, שהיה באותה תקופה מנהל מחלקת העיניים בבית חולים הדסה, כותב בספרו "במלוא העין - מעולמו של רופא" (1984) (צ'ריקובר מוציאים לאור בע"מ) עמ' 155-6 על המקרה של רצח ארלוזורוב :
אני זוכר את הלילה הנורא של רצח ארלוזורוב. השמועה שהוא נורה פשטה בעיר כמו שרפה ביער. למרות שעת הלילה המאוחרת, צבאו מאות על שער בית-החולים הדסה ברחוב בלפור. בבית החולים פנימה שררה מהומה ואנדרלמוסיה. את ארלוזורוב הפצוע הביאו במכונית פרטית, ועד שהזעיקו את הרופאים ואת צוות חדר-הניתוח עבר זמן יקר. ארלוזורוב דימם מהפצע בבטנו, אבל היה בהכרה מלאה. "ראה מה שעשו לי" אמר לדיזנגוף. בחדר הניתוח התרחש מחזה מאקאברי. את הניתוח ביצע ד"ר שטיין ועזר לידו דוצנטמכס מרכוס, ששהה אז בארץ כאורח. סיפרו שבאמצע הניתוח חטף ד"ר מרכוס את הסכין מידו של ד"ר שטיין. שמועות על גבי שמועות דלפו מחדר-הניתוח, קהל של רופאים הצטופף במסדרון. ארלוזורוב נפטר על שולחן-הניתוחים.
