En año 1896 Rangel se traslada a Caracas e ingresa a la escuela de Medicina de la UCV, cuya edificación se encuentra en pleno proceso de renovación. Al no presentarse interrupción de clases, Rafael culmina en el tiempo estipulado y exitosamente el primer año de la carrera de Medicina. Se destaca con excelentes calificaciones y buena conducta en las cátedras de Anatomía, Histología Normal y Bacteriología, Física y Química médica. Durante su segundo año de carrera, aplica para el concurso externado del Hospital Doctor José María Vargas, ubicado en la misma ciudad de Caracas y es entonces cuando comienza a asistir en calidad de interno a las Salas San Miguel y San Vicente de Paul, a la orden del Dr. Santos A. Dominici, quien rápidamente le ofrece su amistad y estima, protegiéndolo de algunos tropiezos que se le presentan. Como externo, el deber de Rangel era, además de sus tareas de aprendizaje formal, asistir diariamente a las visitas médicas y quirúrgicas, llevar el libro de alimentación en el que se anota el régimen prescrito a cada enfermo, hacer las curas, practicar las pequeñas operaciones de cirugía bajo la inspección del médico interno, ayudar a éstos en las autopsias, y preparar y limpiar los aparatos destinados a las operaciones. Esta experiencia del externado, le da a Rangel un adiestramiento suficiente para poder realizar investigaciones clínicas bastante avanzadas para la época. En esto, como en otras cosas, se evidencia su genialidad médica.
A comienzo del mes de marzo de 1908, en La Guaira, Municipio Vargas, Distrito Federal para la época, Venezuela, un médico local diagnostica un caso de Peste Bubónica, que al ser informado al Presidente de la nación, Cipriano Castro, éste por sugerencia de un miembro de su gabinete envia a Rangel a investigar y dar solución a esta atroz enfermedad; la cual rápidamente se convierte en el foco de atención para toda la población venezolana. Rafael Rangel de inmediato prepara viaje para La Guaira y llega allí el 20 de marzo, de una vez le fueron presentados dos enfermos con fiebre y bubones; con la evolución de catorce y diecinueve días respectivamente. El primer análisis para diagnosticar la misteriosa enfermedad no arroja resultados, asimismo se realizan exámenes a animales que se encontraban asintomáticos. Rangel deduce no se trata de Peste Bubónica, ya que al principio no pudo identificar el bacilo causante de la enfermedad, y anuncia que no había ninguna peste. Sin embargo, para mediados de abril seguían apareciendo personas infectadas en La Guaira, por lo que al enterarse Rangel, decide ir a dicha ciudad nuevamente, y tras volver a examinar las muestras, le da a conocer al Presidente Castro que encontró el bacilo específico de la temida enfermedad, y que efectivamente era bubónica. Con el fin de erradicar la peste, se ve en la necesidad de pedir la quema de los ranchos de las personas afectadas, de cuya indemnización el Presidente Castro se encargaría de hacerla efectiva.
Se cerró el Puerto de La Guaira y se tomaron diversas medidas para que la enfermedad no se propagara a otros poblados y ciudades. Ya para mediados de mayo la peste casi había sido erradicada y entonces se abre nuevamente el Puerto; para julio de ese año 1908 fueron dados de alta los últimos pacientes. A fines de noviembre de ese mismo año, Castro viaja a Europa para someterse a una intervención quirúrgica y el General Juan Vicente Gómez aprovecha y le da un golpe de Estado a su compadre Castro, asumiendo él de facto la Presidencia de la República. La quema de los ranchos y el cambio de gobierno le causa a Rangel muchos problemas, ya que no contaba con los recursos para la construcción de las casas, además fue acusado por el gobierno de malversar los fondos que Castro había asignado para la campaña sanitaria. Por otra parte, el Presidente Gómez recibe quejas contra Rangel por no haber diagnosticado la Peste a tiempo, entonces los dueños de los ranchos quemados van a su laboratorio en Caracas y comienzan a presionar a Rangel para que le construyan sus viviendas. Para colmo, el gobierno le niega una beca para ir a estudiar medicina tropical en Europa, se comentó con mucha insistencia que esto se debió, principalmente, al color moreno de su piel. Todos estos acontecimientos juntos le causan una fuerte depresión. A pesar de que Rangel sufre de un profundo decaimiento continúa con sus investigaciones.
