К историко-философскому факультету Киевского университета была приписана кафедра философии и психологии, где начинал свою научную деятельность Блонский. Наибольшее влияние на него оказали лекции профессоров философии А.Н. Гилярова и Г.И. Челпанова. Под влиянием Гилярова он увлекся античной философией, особенно теорией Плотина, который стал его любимым мыслителем. Философские взгляды Плотина он избрал в качестве темы магистерской диссертации, видя в них основу всей современной идеалистической философии.

После революции ученые степени были отменены, и диссертацию Блонский не защитил. Его книга «Философия Плотина» вышла в 1918 году. Крупнейший философ-неоплатоник А. Лосев писал, что эта работа открыла наравне с книгами П. Флоренского эпоху нового понимания платонизма. Блонский часто цитировал Плотина в своих лекциях вплоть до последних лет жизни.

Не меньшее значение в его судьбе сыграло и знакомство с Челпановым. Блонский работал под его руководством в психологическом семинаре. Именно Челпанов способствовал его переезду из Киева в Москву, где Блонский стал его аспирантом в Московском университете.

Уже в зрелые годы Блонский писал о том, что, несмотря на то что он причинял своему учителю много хлопот и был «чем-то вроде блудного сына», тот не раз выручал его из самых затруднительных положений. За доброе отношение и участие Блонский был ему благодарен всю жизнь, хотя впоследствии они окончательно разошлись, прежде всего по политическим мотивам. Блонский, настаивавший на том, что психология должна быть перестроена на основе марксизма, считал справедливым увольнение Челпанова из им же созданного Психологического института.