Hazatérést követően, 1889-ben alma materébe, a keszthelyi gazdászati tanintézetbe nevezték ki a mezőgazdasági növénytan, növényanatómia, növényélettan és növénykórtan előadó tanárává. 1892-ben Keszthelyt elhagyva a debreceni Magyar Királyi Felsőbb Gazdasági Tanintézetben foglalta el a számára felajánlott tanári állást. Növénytermesztési előadásokat tartott, ezzel párhuzamosan 1897-től az intézet megbízott, 1899-től 1904-ig pedig tényleges igazgatója volt. Ezzel párhuzamosan 1897-től az általa szervezett debrecen-pallagpusztai Magyar Királyi Dohánykísérleti Állomás első igazgatójaként is tevékenykedett. Az 1907/1908-as tanévre elvállalta a Magyaróvári Magyar Királyi Gazdasági Akadémia igazgatói tisztségét, de a tanév lezárultával visszatért Debrecenbe. A növénytermesztés tárgykör tanáraként folytatta az oktatómunkát az – immár Debreceni Magyar Királyi Gazdasági Akadémia néven működő – tanintézetben egészen 1920-ig. Időközben 1908-tól 1913-ig a tanintézet igazgatói feladatait is ellátta. Ezzel párhuzamosan – ugyancsak 1920-ig – igazgatóként továbbra is irányította a pallagpusztai dohánykísérleti telepen a kutatómunkát.
Pályája során behatóan tanulmányozta a talaj fizikokémiai tulajdonságait és a termőszintben lezajló folyamatokat, a talaj tápanyag- és vízforgalmát. Kérdésfeltevéseivel arra kereste a választ, hogy az egyes talajművelési eljárások egyfelől miként befolyásolják a terméshozam nem pusztán mennyiségi, de minőségi javulását, másfelől hogyan járulnak hozzá a talaj nedvességtartalmának megőrzéséhez. Kísérletei során tanulmányozta a száraz területek megművelésére az 1900-as években kidolgozott Campbell-féle talajművelési rendszert (dry farming), valamint a Zehetmayer-féle vetés és sortrágyázás termésnövelő hatását. Vizsgálati eredményeit 1910-ben publikálta (Az okszerű talajmívelés a szárazság elleni küzdelemben), de 1933-ban elhangzott akadémiai székfoglalóját is e témakörben tartotta meg (Tanulmány a talaj vízkészletének és a termés nagyságának szoros kapcsolatáról).
Mezőgazdasági talajtani és növényélettani kutatásaival részben párhuzamosan, részben azokhoz szorosan kapcsolódva foglalkozott a műtrágyázás kérdésével, amelynek első magyarországi népszerűsítői közé tartozott. Kezdeményezésére terjedtek el olyan agrotechnikai módszerek, mint például a sortrágyázás, amelynek lényege, hogy a trágyaszer a vetéssel egy időben kerül a talajba, közvetlenül a növényi magvak alá vagy elé. Nagyszabású kísérleteket folytatott a nagyüzemi forgó rendszerű szórótrágyázás terén, tanulmányozta a zöldtrágyázást, az 1900-as évek elején pedig a dohány permettrágyázásával is foglalkozott.
Az 1890-es években Magyarországon az elsők között foglalkozott a búza élettani kutatásával. Évtizedekkel később, 1927-ben kezdeményezésére és irányításával készült el az országos meteorológiai, talajtani és növényélettani megfigyelőállomás-hálózat. Irányításával itt folyt az a búzatermesztési és -műtrágyázási kísérlet, amelynek eredményét (Adatok a magyar búza minőségi termeléséhez, 1931) a Magyar Tudományos Akadémia Darányi Ignác-jutalommal, az Országos Magyar Gazdasági Egyesület pedig Elek Henrik-díjjal jutalmazta. A kezdeményezésére és szervezésével 1897-ben felállott, majd általa irányított pallagpusztai Magyar Királyi Dohánykísérleti Állomás a dohánytermesztés és -feldolgozás korszerű módszereinek kutatóhelye lett. Kerpely maga is végzett ismeretterjesztő munkát a dohánytermesztési eljárások népszerűsítése terén. Az 1930-as években behatóan foglalkozott a takarmányt biztosító rétgazdálkodással, a réti talajok összetételével kapcsolatos kutatási eredményeit 1933-ban összegezte.
Jelentős dohánynemesítési munkák fűződnek a nevéhez. Közreműködött a szamosháti, a szegedi rózsa-, a szuloki, a Tisza-vidéki nagy levelű, a rétháti és a faddi kis levelű dohánytájfajták nemesítésében, egymás közötti, illetve finomabb levelű külföldi fajtákkal való keresztezésében. További eredményeket ért el a csillagfürt- és a ciroktermesztés terén, de munkásságához köthető a bővebben termő rozsfajták elterjesztése is.
Tudományos kutatásai mellett pályája mezőgazdasági szakoktatói tevékenysége jegyében telt. Tanárként vagy igazgatóként részt vett az ország jelentős mezőgazdasági tanintézeteinek, illetve növénytermesztés-tani egyetemi tanszékeinek oktatómunkájában. A földművelésügyi minisztérium felkérésére 1906-ban közreműködött a magyarországi gazdasági tanintézetek akadémiákká szervezésében.
Kiterjedt publikációs tevékenységet folytatott, könyvei mellett az ezret is meghaladja tanulmányainak, szakcikkeinek száma. A Haladó Gazda című kisgazda-folyóirat társszerkesztője, ötven éven keresztül a Köztelek állandó munkatársa, három évtizeden át növénytermesztési rovatvezetője volt.