Vuonna 1681 Rømer palasi Tanskaan ja nimitettiin Kööpenhaminan yliopiston tähtitieteen professoriksi. Samana vuonna hän meni naimisiin Rasmus Bartholin tyttären Anne Marie Bartholin kanssa. Hän oli aktiivinen myös tarkkailijana sekä Rundetårnin yliopistoobservatoriossa että kotonaan käyttäen parannettuja omia laitteitaan. Valitettavasti hänen havaintojaan ei ole säilytetty: ne menetettiin vuoden 1728 Kööpenhaminan suuressa tulipalossa.
- Mitä? Entinen apulainen (ja myöhemmin oma tähtitieteilijä) Peder Horrebow kuitenkin kuvaili uskollisesti Römerin havaintoja ja kirjoitti niistä.