1817-ben és 1818-ban úrbéli és erdőrendezési munkálatokkal foglalkozott, majd 1819-ben kinevezték a helytartótanács napidíjas mérnökének, ahol annyira kitűnt, hogy 1829. április 14-én a dunai földmérések vezetésével és az al-dunai hajózás műszaki teendőinek ellátásával bízták meg. Kitűnő munkájával 1832-ben magára vonta Széchenyi István gróf figyelmét, s ettől kezdve Vásárhelyi további működése Széchenyi nagy alkotásaihoz fűződik.

Széchenyi őt bízta meg, hogy az al-dunai zuhatagokon és szorulatokon keresztül a hajóút építésére terveket készítsen. 1832 tavaszán Vásárhelyi Pál hozzákezdett a nagy munkához, s rövid idő múlva elkészült vele. Ekkor, 1833 decemberében, Széchenyi társaságában tanulmányútra indult Angliába, hogy a víz alatti sziklák eltávolításának módozataival megismerkedjék. A négy hónapig tartó külföldi út nagy befolyással volt ismereteire. Látóköre kiszélesült, s az út- és hídépítésben kitűnő tapasztalatokat szerzett.

1834 áprilisában hazatérvén csakhamar tudtára ébredt, hogy a rendelkezésére álló csekély eszközökkel az Al-Dunán biztos hajóút létesítése egyelőre nem lehetséges, s ezért csak a főbb akadályok eltávolításában, s egy vontatóút létesítésében állapodott meg. Az építkezés menete elég sok akadályba ütközött, ezért csak 1837-ben adhatták át a forgalomnak a világ egyik legszebb közútját, amely Széchenyi út néven ismeretes.

Az a-dunai munkálatok országos hírt szereztek nevének, s a Nemzeti Tudós Társaság 1835. szeptember 14-én érdemei elismeréséül levelező tagjává választotta. A munkálatok befejeztével pedig 1837-ben az Országos Építési Igazgatósághoz első hajózási mérnökké nevezték ki. Ez időtől kezdve új korszak kezdődött Vásárhelyi Pál életében. Nagyszabású irodalmi munkásságot fejtett ki, s amíg élt, az országban nem létezett nevezetesség, mérnöki munka, amelynél szakvéleményét ki ne kérték volna.

1838-ban több értekezése jelent meg a Budapest állóhíd tárgyában, néhány figyelmeztető szó a Vaskapu ügyében, stb.

A legbecsesebbek azonban akadémiai értekezései voltak. A Nemzeti Tudós Társaság több ízben megbízta matematikai és műszaki művek megbírálásával, és a megbízásoknak mindig kiváló szakértelemmel felelt meg.

Munkásságának legnagyobb mozzanata a Tisza-szabályozás terveinek megalkotása volt, amelyre 1845-ben kapta a megbízást. E nagy munkába beleöntötte egész lelkesedését és tudását. De óriási tevékenysége közben, éppen midőn a Tiszavölgyi Társulat értekezésén vett részt, 1846. április 18-án hirtelen meghalt.

Szegeden 1905-ben szobrot emeltek a tiszteletére.