Весной 1917 г. Временным правительством Бенешевич был направлен в Тифлис для решения вопроса об автокефалии грузинской церкви. Был назначен членом Предсоборной комиссии Московского церковного собора, в деятельности которого участвовал зимой 1917–1918 гг., был избран одним из секретарей и готовил издание протоколов Собора. В 1922 г. был арестован по «делу церковников» за сопротивление изъятию церковных ценностей, но был оправдан судом. В 1919–1920 гг. служил архивистом в ЕГАФ, в 1920–1921 гг. – учёным инструктором в Музее природы и жизни Петроградского края, в 1921–1923 гг. был действительным членом ИЛЯЗВ и Правового института, в 1923–1927 гг. заведовал библиотекой ГАИМК, в 1926–1928 гг. – учёным секретарём Византийской комиссии АН СССР. В феврале 1925 В.Н. Бенешевич был приглашён Н.Я. Марром в Публичную библиотеку, выполнял отдельные поручения дирекции, а в связи с организацией Фотокабинета с октября ему было поручено научное руководство фотолабораторией библиотеки. В научных кругах он был известен не только как выдающийся учёный, но и как замечательный фотограф, знаток всех технических новинок в этой области. В Публичной библиотеке Бенешевич занимался вопросами фотокопирования рукописей и воспроизводства миниатюр, особое внимание уделяя фотографированию палимпсестов и выявлению содержащихся в них смытых мест. С декабря 1925 г. по 22 ноября 1928 г. был хранителем греческих рукописей Отдела рукописей в должности главного библиотекаря, продолжая оставаться консультантом по фотографированию. Занимался исследованием отдельных рукописей, совместно с академиком Ф.Н. Успенским подготовил к изданию сборник земельных актов Вазелонского монастыря, стал готовить печатный каталог всего рукописного греческого собрания Публичной библиотеки, участвовал от библиотеки во II конференции научных библиотек (1928 г.). В 1925 г. был избран членом-корреспондентом АН СССР, в 1928 г. был выдвинут на звание академика. С 1912 г. – почётный доктор права Афинского национального университета, с 1914 г. – член-корреспондент Страсбургской АН, с 1927 г. – член-корреспондент Баварской АН в Мюнхене, с 1929 г. – член-корреспондент Прусской АН в Берлине. Летом 1927 г. по заданию АН СССР и Публичной библиотеки был командирован на три месяца за границу: по линии Русско-Византийской комиссии предусматривалось расширение связей с учреждениями, занимающимися сходными проблемами, а по линии Публичной библиотеки – знакомство и «выбор для нужд Фотокабинета и для работы над карточным каталогом ГПБ новейших фотографических и механических изобретений, применяемых в практике больших библиотек», а также исследование ряда греческих «рукописей Берлина, Дрездена и Мюнхена, происходящих из тех же восточных монастырей, что и рукописи Публичной библиотеки, и, по-видимому, представляющих части одних и тех же рукописей». Перед возвращением в СССР он получил предложение от Баварской и Прусской АН напечатать его большой труд об Иоанне Схоластике. В ноябре 1928 г. В.Н. Бенешевич был арестован по обвинению в шпионаже в пользу Ватикана, Германии и Польши и за участие в контрреволюционной организации «Евразийцы», сослан в концлагерь на Соловки на три года. С ходатайствами о его освобождении к советской власти обратились видные учёные – Ф. Нансен и А. Эйнштейн. В 1930 г. Бенешевич был возвращён в Ленинград и привлечён к «Академическому делу», по которому «проходил» как претендент на пост министра вероисповеданий в правительстве, возглавляемом академиком С.Ф. Платоновым. По приговору Коллегии ОГПУ от 8 августа 1931 г. был осуждён к пяти годам в Ухта-Печёрский лагерь. По этому же делу были привлечены и осуждены его брат и жена Л.Ф. Бенешевич. Во время ареста и обысков почти полностью были уничтожены плоды его многолетней и кропотливой работы по сбору копий древних манускриптов, которые посчитали шифрованными посланиями.