Доктор медицинских наук, профессор И. И. Ермолаев с 1968 по 1973 год был заместителем директора по научной работе в ЦНИИ стоматологии. В 1973 г. был избран на должность заведующего кафедрой хирургической стоматологии ЦОЛИУ врачей и возглавлял ее на протяжении пяти лет. В период его руководства кафедрой продолжало совершенствоваться лечение больных с травмой и воспалительной патологией ЧЛО, улучшилось учебно-методическая работа, был внедрен в практику метод чтения лекций при помощи магнитных записей. Более целеноправлено создавались слайды и другие учебные пособия, используемые во время преподавания слушателям – курсантам циклов. В сотрудничестве с морфологами ЦНИИС были разработаны теории возникновения и лечения остеомиелита челюстей и внедрены в практику различные методы диализа гнойных ран при флегмонах ЧЛО, что значительно сократило число осложнений и способствовало скорейшей реабилитации больных. Эта большая научно-исследовательская работа была основой, на которой строился учебный процесс.
Основываясь на клинико-морфологических исследованиях одонтогенных опухолей и опухолевидных образований, в 1967 г. И. И. Ермолаев предложил классификацию, которая отвечала интересам клиники и в определенной мере отражала многообразие гистологического строения, а также некоторые стороны их морфо- и гистогенеза. При построении классификации И. И. Ермолаев широко использовал известные в нашей стране обозначения, прочно вошедшие в медицинскую терминологию.
В 1975 г. И. И. Ермолаев, В. В. Паникаровский, А. И. Пачес, Б. Д. Кабаков, М. М. Бенцианова, С. Я. Бальсевич предложили проект классификации опухолей челюстей с учетом материалов международной гистологической классификации опухолей Всемирной организации здравоохранения. В главе «Систематизация опухолей челюстно-лицевой области» (1978) И. И. Ермолаев привел клинико-морфологическую классификацию опухолей и опухолевидных образований челюстей, в разработке которой приняли участие вышеназванные ученые. Классификация была одобрена комитетом по изучению опухолей головы и шеи Всесоюзного научного общества онкологов.
В 1973 г. проф. И. И. Ермолаев и академик АМН СССР А. И. Рыбаков выступили на XII Пленуме правления научного общества стоматологов с докладом «Состояние проблемы одонтогенной инфекции на современном этапе развития стоматологии», в котором обратили внимание ученых на то, что воспалительные процессы «снова стали представлять угрозу для здоровья и жизни человека», снова стали наблюдаться такие тяжелые одонтогенные инфекции, как медиастениты и абсцессы головного мозга, «которых мы почти не знали в нашей практике в течение долгих лет». По их данным, за 10 лет число больных одонтогенными остеомиелитами челюстей возросло более чем в 2 раза.
И. И. Ермолаев – автор 130 научных работ, в том числе – монографий, руководств и справочников по стоматологии. Под его руководством защищено 27 кандидатских диссертаций.