หลังจบการศึกษาด้านการแพทย์ ในปี พ.ศ. 2478 เสมได้ออกไปปฏิบัติงานในต่างจังหวัด โดยไปจัดตั้งโรงพยาบาลเอกเทศขึ้นที่อำเภออัมพวา จังหวัดสมุทรสงคราม เพื่อต่อสู้กับการระบาดของโรคอหิวาตกโรคจนโรคสงบลง ในปีต่อมาก็ได้ย้ายไปดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการโรงพยาบาลเทศบาลนครสวรรค์ เป็นเวลา 2 ปี และได้เริ่มงานศัลยกรรมและงานทันตกรรมเป็นครั้งแรกในชนบท

ชีวิตการทำงานในเชียงราย

ช่วงชีวิตที่สมบุกสมบันและลำบากที่สุดในการทำงานของเขาคือที่ จังหวัดเชียงราย เมื่อย้ายมาประจำที่จังหวัดเชียงรายเมื่อ พ.ศ. 2480 ก็ต้องมารณรงค์ร่วมกับข้าหลวงประจำจังหวัดคือ พระพนมนครานุรักษ์ และกรมการจังหวัด รวมทั้งธรรมการจังหวัด คือ บ. บุญค้ำ เพื่อนร่วมงานบุกเบิกซึ่งต่อมาเขาได้ช่วยชีวิตไว้ระหว่างสงคราม ร่วมกับพ่อค้าประชาชนร่วมกันบริจาคเงินสร้างโรงพยาบาลประจำจังหวัดจนเป็นผลสำเร็จ แม้จะใช้เวลามากกว่า 10 ปี โรงพยาบาลประจำจังหวัดเชียงรายจึงได้รับการตั้งชื่อว่า “โรงพยาบาลเชียงรายประชานุเคราะห์” ซึ่งสร้างโดยเงินบริจาคของประชาชนทั้งสิ้น

เชียงราย เมื่อ 70 ปีก่อนนั้นขาดแคลนนายแพทย์มาก บ้านเมืองและโครงสร้างพื้นฐานก็ยังไม่พร้อม ข้าราชการ โดยเฉพาะคณะกรมการจังหวัดในสมัยนั้นจึงต้องร่วมมือกันทำงานอย่างไม่เห็นแก่เหน็ดเหนื่อย โดยเฉพาะในช่วงสงครามมหาเอเชียบูรพาระหว่าง พ.ศ. 2484-พ.ศ. 2488 เสมต้องทำงานอย่างหนักเป็นพิเศษเนื่องจากเป็นนายแพทย์ที่ทุกคนต้องพึ่งพา แม้กระนั้น เขาก็ยังสามารถวางรากฐานด้านการแพทย์และสาธารณสุขไว้มากพอสรุปได้ดังนี้

• ทำหน้าที่เป็นแพทย์ผู้ปกครองโรงพยาบาลและผู้อำนวยการคนแรกของโรงพยาบาลเชียงรายประชานุเคราะห์
• ร่วมมือกับสาธารณสุขจังหวัด สร้างนิคมโรคเรื้อนแม่ลาว ตำบลธารทอง อำเภอพาน ด้วยที่ดิน 1,000 ไร่
• เริ่มการรักษาโรคทางศัลยกรรมชนบทกับโรคนิ่วในทางเดินปัสสาวะ โรคคอพอกในประชาชน ซึ่งเป็นกันถึงร้อยละ 50 ของประชากร
• เริ่มการป้องกันโรคคอพอกในจังหวัดเชียงรายโดยการให้ไอโอดีนในหญิงตั้งครรภ์และในเด็ก ทำการสำรวจไอโอดีนในน้ำ ผัก และอาหารและสร้างอาสาสมัครสาธารณสุขในหมู่บ้านเพื่อการให้ไอโอดีน
• สร้างเจ้าหน้าที่เสนารักษ์จากกองทัพให้เป็นผู้ช่วยในการผสมยาต่าง ๆ เพราะไม่มีเภสัชกร รวมทั้งสร้างให้เป็นเจ้าหน้าที่ช่วยในห้องผ่าตัด และในการเป็นผู้ให้ยาระงับความรู้สึกด้วยการดมทางจมูก
• จัดสร้างตึกสูติกรรม นรีเวชกรรม ให้แม่มาคลอดบุตรในโรงพยาบาลเพื่อความปลอดภัย
• สร้างตึก พนม นครานุรักษ์ สำหรับเป็นอาคารสงฆ์อาพาธแยกจากประชาชน
• เริ่มการให้บริการทางทันตกรรมในชนบทแก่นักเรียนและประชาชนทั่วไป
• ชักชวนคหบดีในตลาดบริจาคเงินสร้างตึกผ่าตัดโดยเฉพาะ รวมทั้งบริษัทยาสูบอังกฤษ-อเมริกันที่ให้ทุนสร้างอาคารผู้ป่วยพิเศษ และผู้ป่วยทั่วไป
• สร้างอาคารสำหรับรังสีวิทยาด้วยเงินทุนของโรงพยาบาลและได้ขอให้เทศบาลเมืองเชียงรายสนับสนุนสร้างอาคารครัว โรงซักฟอก และสถานที่เก็บศพ

ธนาคารเลือดแห่งแรกและการสาธารณสุขขั้นมูลฐานของเชียงราย

เมื่อ พ.ศ. 2493 เสมได้จัดตั้งธนาคารเลือดขึ้นเป็นแห่งแรกของประเทศไทยที่จังหวัดเชียงราย ได้จัดทำสถานีอนามัยที่มีบุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรมแล้วไปทำหน้าที่ให้บริการสาธารณสุขขั้นมูลฐานเป็นครั้งแรกที่กิ่งอำเภอแม่สาย อำเภอเทิง อำเภอเชียงของและอำเภอพะเยา และจัดให้เจ้าหน้าที่ของโรงพยาบาลออกเยี่ยมประชาชนในวันอาทิตย์และวันหยุดราชการ

กิจกรรมทางการแพทย์ในระหว่างสงคราม

นอกจากการปฏิบัติราชการยามปกติแล้ว ในช่วงสงครามอินโดจีน เสมได้ร่วมปฏิบัติการสงครามเรียกร้องดินแดนคืน พ.ศ. 2483 มีการทดลองใช้น้ำมะพร้าวอ่อนช่วยชีวิตผู้ขาดน้ำในป่าลึกระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 2 มีการศึกษาต้นกาสามปีก (Vitex peduncularis) ในการรักษาโรคไข้จับสั่นในทหารและพลเรือน การศึกษาต้นโมกหลวง (Holarrhena pubescens) ในการรักษาโรคบิดมีตัว (amoebic dysentery) ในทหารและพลเรือน การเตรียมควินินไฮโดรคลอไรด์รักษาไข้จับสั่นขึ้นสมอง และการเตรียม morphine ใช้ในโรงพยาบาล