Bragg powrócił do Anglii pod koniec 1908 r. i w 1909 r. objął katedrę fizyki Cavendisha na Uniwersytecie w Leeds. W 1912 r. opublikował ważną, wczesną pracę na temat radioaktywności, Studies in radioactivity.
Wynalazł spektrometr rentgenowski i rozpoczął pracę wraz z synem. Wspólnie stworzyli nową technikę krystalografii rentgenowskiej, za którą w 1915 r. otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. W tym samym roku ukazała się ich książka "Promieniowanie rentgenowskie a struktura kryształu", która przez wiele lat była standardowym podręcznikiem.
Od 1914 roku zarówno ojciec jak i syn przyczynili się do wysiłku wojennego; W.H. Bragg był związany z wykrywaniem okrętów podwodnych, w Aberdour nad Forth i w Harwich, a w 1918 roku powrócił do Londynu jako konsultant Admiralicji.