Su dedicación a la actividad académica se inició a raíz de su nombramiento, en octubre de 1851, como sustituto de los años primero y segundo de Jurisprudencia para el curso de 1851-1852 en la Universidad de Valladolid. En virtud de este puesto, en marzo de 1852 fue designado para desempeñar la cátedra de Economía política, derecho público y derecho administrativo con motivo de la enfermedad padecida por su propietario. Este nombramiento como sustituto le fue renovado después para los cursos 1852-1853 y 1853-1854.

El 2 de octubre de 1855 solicitó, por vez primera, ser admitido al concurso para la provisión de una cátedra de Derecho romano en la Universidad de Santiago.

Meses más tarde, el 22 de febrero de 1856 pidió ser admitido como opositor a la cátedra vacante de Derecho civil y mercantil español de la Universidad de Santiago de Compostela, anunciada por una orden de 27 diciembre de 1855. Realizó la oposición, pero no obtuvo la plaza. Sabemos que su tercer ejercicio versó sobre la sociedad de gananciales entre los cónyuges.

El 16 de junio de 1856 solicitó ser admitido a la oposición para una cátedra de Historia e instituciones de derecho romano vacante en la Universidad de Zaragoza.

Muy poco después consiguió convertirse en Catedrático de Historia y elementos de derecho civil, mercantil y penal de España en la Universidad de Santiago, mediante una oposición en la que fue propuesto por el tribunal como único candidato. Nombrado el 1 agosto 1856, se expidió el título el 28 de agosto. El 27 de agosto solicitó una prórroga de un mes para tomar posesión de la cátedra, por hallarse tomando baños de mar en el puerto de Deva y no poder incorporarse de forma inmediata, siéndole concedida por el Rector en atención al restablecimiento de su quebrantada salud. Finalmente, tomó posesión el 29 septiembre de ese año con un sueldo de 3000 pesetas anuales.

Sin embargo, pronto mostró su interés en buscar destino en otra universidad. El 31 de diciembre de 1856 pidió una licencia para desplazarse a Madrid con el fin de tomar parte en la oposición a la cátedra de Ampliación de derecho civil y mercantil de España vacante en la Universidad Central. El 3 de enero de 1857 se le concedió con este fin un mes y medio de licencia. La oposición se celebró entre el 18 de febrero y el 3 de abril de 1857, presentándose seis opositores, de los que cuatro efectuaron los ejercicios. Mambrilla fue colocado en el tercer lugar de la terna elevada a la superioridad, habiendo obtenido, además, tres votos para ocupar el segundo puesto.

El 23 de septiembre de 1857 envió un escrito al Ministerio de Instrucción Pública, exponiendo que se hallaba vacante en la Universidad de Salamanca la cátedra de igual asignatura a la que ocupaba en Santiago, y que por razón de su salud le convenía pasar a otra universidad, por lo que suplicaba que teniendo presentes sus méritos se le concediese el traslado. Atendiendo a su petición, el 7 de octubre de 1857 se dispuso su traslado provisional a la cátedra de Historia e instituciones del derecho civil español y foral de España vacante en la Universidad de Salamanca. Entretanto, el 1 de octubre, por motivos de salud, se le había concedido un mes de licencia, por lo que no empezó a desempeñar la cátedra de Salamanca hasta el 1 de noviembre. Poco más tarde, el 9 de diciembre de 1857 se le concedió el traslado definitivo a la cátedra de Derecho civil común y foral de Salamanca, de la que tomó posesión el 17 de diciembre.

No obstante, tampoco permaneció mucho tiempo en Salamanca. El 12 de julio de 1858 solicitó su traslado a la cátedra de Historia e instituciones de derecho civil, común y foral de la Universidad de Valladolid, que había quedado vacante por jubilación de su anterior titular, Pelayo Cabeza de Vaca, justificando su petición en el hecho de tener en esa ciudad a su anciana madre, en motivos de salud y en ser profesor por oposición de la misma asignatura vacante. Dicho traslado fue solicitado también por Francisco de la Pisa Pajares, por entonces catedrático de Derecho romano de la Universidad de Zaragoza. La sección competente del Consejo de Instrucción Pública, a la vista de sus expedientes y de los informes de sus respectivos rectores, consideró que Pisa Pajares debía tener preferencia, por su mayor antigüedad, pero la dirección del Consejo estimó que la plaza debía ser para Mambrilla por ser catedrático de la misma asignatura vacante. En consecuencia, una real orden de 10 de agosto de 1858 aprobó su traslado a la plaza de Valladolid, de la que tomo posesión el 7 de septiembre. Sin embargo, pocos días más tarde, el 30 septiembre de 1858, se admitió su paso a la asignatura de Elementos del derecho mercantil y penal en la propia Universidad de Valladolid, con un sueldo de 3000 pesetas anuales.

El 4 de mayo de 1861 fue nombrado por el Rector para realizar la visita de inspección de los Institutos de Vitoria, Vergara y Bilbao, redactando las correspondientes memorias.

En el año 1862 disfruto de dos licencias. El 24 de abril se le concedieron cuarenta días para asuntos particulares relacionados con la recuperación de su salud. El 20 de octubre pidió otra licencia para contraer matrimonio con María del Prado y Beltrán natural de Valladolid y residente en Palencia, siéndole concedidos cuarenta días a disfrutar a partir de la boda, celebrada el 12 de noviembre.

En el año 1863 fue encargado de dictar la lección inaugural del curso de la Universidad de Valladolid. Su discurso llevó por título: “El derecho como ciencia y como institución”.

Como consecuencia de la reorganización dada a la Facultad de Derecho, el 31 de octubre de 1866 fue encargado de impartir la asignatura Ampliación de derecho mercantil y penal, que desempeñó hasta su supresión, el 1 noviembre de 1868. No obstante, el 18 de octubre de 1867 se dispuso, de nuevo, que, además de la asignatura de Derecho mercantil y penal, asumiese también la de Ampliación de dichas materias, percibiendo por este servicio la gratificación anual de 300 escudos.

Entretanto, el 6 de junio de 1867 había solicitado que se le concediese la cátedra de Ampliación del derecho mercantil y penal vacante en la Universidad Central, que debía proveerse mediante concurso entre catedráticos de universidad de provincia de la misma facultad y sección. Mambrilla fue uno de los ocho candidatos que optaron a la plaza, obteniendo el segundo lugar en la terna que para cubrirla elevó el Consejo de Instrucción Pública al Gobierno.

Con el fin de poder desplazarse a Madrid para participar como juez en el tribunal de oposición a la cátedra de Derecho penal y mercantil vacante en la Universidad de Santiago de Compostela, el 15 de noviembre de 1867 se le concedió una licencia, que concluyó de disfrutar el 29 de diciembre.

En el curso 1868-1869, el claustro de la Facultad de Derecho le encomendó la cátedra de Filosofía del derecho y de Derecho internacional, correspondiente al período de doctorado establecido en la Universidad de Valladolid por la Diputación de la provincia, habiéndola desempeñado de forma gratuita.

La misma Diputación provincial de Valladolid, por acuerdos de 27 de septiembre y de 3 de noviembre de 1869, le encargó las cátedras de Derecho mercantil y de Legislación de aduanas de los pueblos con quienes España tiene unas frecuentes relaciones comerciales, pertenecientes ambas a la sección de Derecho administrativo, cuyos estudios habían sido introducidos en la Universidad de Valladolid por la propia Diputación. Permaneció al frente de ellas en los cursos 1869-1870 y 1870-1871, en el que se decidió su desaparición.

En esos años, en diversas ocasiones formó parte de los tribunales de oposición a plazas universitarias o de segunda enseñanza. Así, el 11 abril de 1866 fue nombrado por la Dirección General de Instrucción Pública vocal del tribunal encargado de juzgar los ejercicios de oposición a las cátedras de Economía política y Legislación mercantil, vacantes en los Institutos de Bilbao y Vergara, cuyos ejercicios tuvieron lugar en Valladolid. El 22 junio de ese mismo año fue nombrado vocal del tribunal de censura para los ejercicios de oposición a la cátedra de Elementos de derecho mercantil de la Universidad de Santiago de Compostela. Y el 23 julio de 1869 fue nombrado vocal del tribunal que valoró los ejercicios de oposición a la cátedra de Psicología, Lógica y Ética vacante en el Instituto de Palencia.

El 22 de octubre de 1870 fue comisionado por el Rector de Valladolid para formar parte del jurado de exámenes para la rehabilitación de los grados de licenciado y doctor en Derecho de las universidades libres de Vitoria y Oñate.

El 25 de octubre de 1875 se le concedió una licencia de 15 días para salir de la ciudad de Valladolid con el fin de poder atender a sus problemas de salud; el 5 de noviembre este permiso se le prorrogó por otros dos meses.

Una real orden de 29 de septiembre de 1883 dispuso su nombramiento como Catedrático de Derecho penal y Procedimiento criminal en la Universidad de Valladolid. Puesto en el que fue confirmado por otra real orden de 25 de septiembre de 1884 y en el que permanecería hasta su jubilación.

El 17 de octubre de 1890 se le otorgó una licencia de un mes con mantenimiento del sueldo para procurar la mejora de su salud.

Su progresión en el escalafón de profesores de universidad y en las distintas categorías de catedráticos se produjo a través de sucesivos ascensos. La primera noticia de la que disponemos nos informa acerca de que el 15 de enero de 1863 fue ascendido por antigüedad, adjudicándosele el número 210, con un sueldo de 14000 reales (3500 pesetas); tomo posesión en la misma fecha.

El 12 de marzo de 1865 pidió ser agraciado con una de las categorías de ascenso vacantes en la Universidad de Valladolid. En su informe, el decano de la Facultad de Derecho calificaba de notables su celo y su asiduidad en el cumplimiento de sus deberes, aludiendo también a su intachable conducta moral y religiosa, lo que unido a su antigüedad le colocaba, a su juicio, en una posición ventajosa; sin embargo, su petición fue desestimada. Por ello el 6 de mayo de 1867 planteó de nuevo su interés en optar a una de las categorías de ascenso vacantes en la sección de Leyes y Cánones de la propia Facultad. En esta ocasión, al informe favorable del decano se unió el del rector, quien además de confirmar las positivas valoraciones del decano respecto al cumplimiento de sus tareas docentes y a su intachable conducta, señalaba que su actuación por encargo como vocal del concurso de oposición a cátedras de instituto celebradas en la universidad era legalmente considerado como mérito para ascender. No habiendo logrado su propósito, el 28 de junio de 1870 Mambrilla presentó, otra vez, una instancia en la que pedía una de las cuatro categorías de ascenso vacantes en la Facultad de Derecho, acompañándola también de informes favorables del rector y del decano. Aunque tampoco esta vez le fue concedida la vacante, no por ello cejó en su empeño, por lo que el 7 de junio de 1871 planteó una reclamación, solicitando la obtención de una de las cuatro categorías de ascenso vacantes en la sección de Derecho civil y canónico. Su argumentación se centró en los motivos de su preterición en la convocatoria anterior en beneficio del catedrático de Barcelona Manuel Durán y Bas, sosteniendo que, si bien era cierto que ley de 9 de septiembre de 1857 otorgaba el primer lugar para conceder categorías de ascenso y término a los catedráticos que hubiesen publicado obras y otros trabajos literarios y científicos, siempre que hubieran sido calificados por el Consejo de Instrucción Pública con anterioridad al anuncio de la vacante, y que Durán y Bas había dirigido una nueva edición del libro de derecho mercantil publicado por Ramón Martí de Eixalá, completándola con adiciones oportunas, si la propuesta del Consejo se hubiese basado en este factor sería ilegal, pues ni se trataba de una obra de reconocida importancia ni había sido calificada con anterioridad como título para ascender. Por ello, afirmaba que no existiendo elementos de discernimiento entre ambos en relación con el desenvolvimiento de sus tareas en la enseñanza, debería prevalecer el criterio de la antigüedad, que le era favorable, por ocupar un puesto más alto en el escalafón; pero sus alegaciones no fueron atendidas. Por fin, habiendo presentado una nueva solicitud el 6 de junio de 1872, mediante una real orden de 23 de agosto de 1872 se le concedió la ansiada categoría de ascenso con un sueldo de 4500 pesetas.

El 24 de noviembre de 1877, fue ascendido, de nuevo, por antigüedad, llegando al número 90 del escalafón, con un sueldo de 5000 pesetas. Desde el 1 de enero de 1882 ocupó el puesto 68 con un sueldo de 6500 pesetas.

Habiendo cumplido el requisito de llevar, al menos, cinco años en la categoría de ascenso, el 30 de junio de 1881 anterior había solicitado por primera vez ser admitido al concurso para la provisión de dos categorías de término en la Facultad de Derecho en su sección de Derecho civil y canónico. El decano y el rector avalaron su pretensión con las positivas valoraciones habituales. Cinco años más tarde realizó un nuevo intento, presentando el 21 de mayo de 1886 otra petición para ser admitido al concurso abierto para proveer las categorías de término vacantes en la Facultad de Derecho. El rector y el decano informaron favorablemente, apelando a su antigüedad en la enseñanza y a su celo y puntualidad en el cumplimiento de todos los deberes y servicios; pero tampoco esta vez alcanzó su propósito. Por ello, el 30 de diciembre de 1887 reiteró su solicitud, que, por fin, fue atendida mediante la concesión mediante una real orden de 26 de julio de 1890 de la categoría honorífica de término, con la antigüedad de 26 noviembre de 1885.

Con anterioridad, el 1 de septiembre de 1889 había sido ascendido al número 45 del escalafón de catedráticos, con antigüedad de 1 de agosto de 1888. Después, el 18 de septiembre de 1895 fue ascendido al número 15 del escalafón con antigüedad de 5 de septiembre.

A lo largo de su trayectoria, desempeño, también, varios cargos académicos. Así, el 29 de mayo de 1859 fue nombrado Secretario de la Facultad Derecho de la Universidad de Valladolid, permaneciendo en el puesto hasta el 26 de abril de 1876.

El 14 de marzo de 1889 fue nombrado Decano de la Facultad de Derecho, tomando posesión en esa misma fecha, y recibiendo una gratificación de 750 pesetas anuales. El cargo había quedado vacante por fallecimiento de Domingo Ramón Domingo de Morato y en la terna propuesta, además de Mambrilla, figuraban Julián Arribas Baraya y Didio González Ibarra, que eran los catedráticos más antiguos de la Facultad.

Estando aún en el ejercicio de su cargo de Decano, el 16 de julio de 1894, habiéndose tomado en consideración que era el catedrático más antiguo entre los de término, fue nombrado Vicerrector en sustitución del fallecido Julián Arribas. Tomo posesión del puesto el 7 de septiembre.

Cuando ya había alcanzado la edad de 72 años, una real orden de 4 de agosto de 1900 dispuso su jubilación, que se hizo efectiva el 8 de agosto. Sin embargo, disconforme con esta medida, Mambrilla acudió a los servicios de varios abogados de Madrid para que le representasen en el recurso que interpuso el 11 de octubre de 1900 contra el real decreto que había dictado su retiro.

El 10 de marzo de 1901 envió una instancia al Ministro de Instrucción Pública, exponiendo su queja por haber sido jubilado por el solo hecho de haber llegado a la edad de 70 años y sin que se hubiese formado expediente, por lo que creía que la citada disposición vulneraba sus derechos. Advertía, además, acerca de que el 16 de febrero de ese mismo año se había anunciado la provisión de la cátedra que ocupaba a turno de traslación y que se produciría un conflicto si a consecuencia del recurso presentado fuese repuesto en ella, por lo que suplicaba que se suspendiese el procedimiento conducente a la cobertura de la cátedra hasta la resolución definitiva del citado recurso.

El 27 marzo de ese año dirigió un escrito al Rector en el que explicaba su caso y aludía a un real decreto de 15 de marzo, que daba derecho a los jubilados para que se incoase expediente con el fin de probar si continuaban poseyendo la aptitud suficiente para el desempeño de su cargo, por lo que, considerando mantener la suya igual que antes de la jubilación, solicitaba que se abriese dicho expediente. Otro escrito de ese mismo día remitido por el Decano, Didio González Ibarra, manifestaba que consideraba al exponente con aptitud para desempeñar perfectamente el cargo y que su vuelta sería muy útil para la ciencia y para la enseñanza.

A su vez, el 29 de marzo el Secretario de la Facultad certificó que en la sesión del claustro de la Facultad de Derecho celebrada el día anterior se había dado cuenta de la pretensión de Mambrilla de reingresar en su cátedra y que el claustro había acordado por unanimidad manifestar que se encontraba completamente apto para la enseñanza y que se vería con satisfacción su regreso al claustro para compartir sus tareas profesionales.

Por otra parte, el 1 de abril el médico forense del juzgado de instrucción de la Audiencia de Valladolid emitió un certificado en el que afirmaba que Mambrilla, de 72 años de edad (en realidad ese día eran ya 73), se encontraba en un estado psicológico normal. No obstante, añadía que, dados los pocos datos de los que disponía, se le hacía difícil informar, si bien no tendría reparos en afirmar que después de los 70 años no era lícito esperar grandes resultados de los catedráticos ya gastados y cansados de la labor docente y que los certificados presentados únicamente decían que no estaban en peor situación que dos o tres años antes.

El 11 abril de 1901 el Rector emitió un informe, cuya brevedad justificó por carecer de datos, debido a que la jubilación fue decretada antes de haber tomado él mismo posesión de su cargo. Por último, el 20 de abril Mambrilla presentó justificación por varias ausencias de clase que se le atribuían, alegando que en las fechas de las que se trataba no hubo clase por ser época de carnaval y semana santa.

Una vez estudiados todos los documentos integrados en el expediente por la sección correspondiente, el 27 de mayo de 1901 el Consejo de Instrucción Pública propuso que se accediese a la pretensión de Mansilla, volviéndosele a encargar el desempeño de la cátedra de Derecho penal. En consecuencia, un real decreto de 18 de julio de 1901 declaró sin efecto el real decreto de 4 agosto de 1900, por el que había sido jubilado, disponiendo su vuelta al servicio activo de la enseñanza

En aplicación del citado real decreto, el 19 de julio de 1901 se produjo su reincorporación a la cátedra de Derecho penal de la Facultad de Derecho de Valladolid, en la categoría de término, con el número 6 triple del escalafón y el haber anual de 8750 pesetas, reconociéndosele, además, el derecho a percibir todos los haberes correspondientes a este sueldo desde el 8 de agosto de 1900. Simultáneamente, se anulaba la convocatoria de traslado a dicha cátedra de Derecho penal, anunciada por real orden de 12 febrero 1901.

Un día más tarde, el 20 de julio de 1901, el Tribunal de lo Contencioso-Administrativo del Consejo de Estado dictó sentencia relativa al recurso presentado por Mambrilla, que fue publicada en la Gaceta de Madrid de 8 de julio de 1902. En dicho fallo, tras una larga exposición y en aplicación de los artículos 179 y 256.4 de la Ley de Educación de 9 de septiembre de 1857, los artículos 52 y 53 del Reglamento de 15 de enero de 1870 y el artículo 5.2 de la ley de 27 de julio de 1890, el tribunal, reconociendo que no habían sido observadas la formalidades y requisitos establecidos, declaraba, también, la nulidad del real decreto de 4 agosto de 1901 por el que se había acordado la jubilación, ordenando que fuese repuesto con la antigüedad que le correspondía en los cargos que desempeñaba. Sin embargo, se disponía que no era procedente resolver sobre su petición referida al abono de haberes devengados desde dicha fecha por tratarse de un asunto no discutido en vía gubernativa.

Los efectos de su jubilación temporal de la cátedra le llevarían, no obstante, a plantear otra vez un procedimiento de reclamación. En el escalafón publicado el 28 de enero de 1902 fue colocado en el número 6 duplicado, por lo que, disconforme con esta asignación, el 8 de febrero, dentro del plazo de quince días establecido, envió al Rector un escrito de queja, alegando que en el escalafón publicado el 1 de enero de 1900 ocupaba el número 7, mientras que ahora le habían adelantado otras personas que estaban situadas más atrás y que eran menos antiguas por su posterior entrada en el escalafón de catedráticos. En apoyo de su protesta daba repaso a la fecha de entrada en el escalafón de los catedráticos que le habían sido puestos por delante, y citaba la legislación aplicable que fundamentaba su pretensión, refutando, además, que su postergación pudiese justificarse por la jubilación decretada en 4 de agosto de 1900, ya que ésta había sido anulada tanto por resolución gubernativa como por la vía judicial, y con el reconocimiento expreso de su derecho a percibir el sueldo correspondiente al servicio activo. Continuaba su larga exposición analizando cuál era el número que debería serle adjudicado, que era el cinco, y suplicaba que se le asignase este puesto.

El 30 de junio de 1902 Mambrilla dirigió una instancia al Ministro de Instrucción Pública, señalando que no había recibido noticia alguna referida a la reclamación que había presentado, pero que con fecha de 6 de junio se le había hecho entrega del escalafón definitivo, en el que figuraba en la misma posición, por lo que solicitaba que se resolviese la citada reclamación y se le atribuyese el puesto que creía que le correspondía. En contestación a su escrito, una real orden de 4 de julio de 1902 resolvió la desestimación de lo solicitado.

Ante esta negativa, el 7 de agosto de 1902 Cesar de la Mora, abogado del Colegio de Madrid, presentó en representación de Mambrilla una instancia dirigida al Ministro de Instrucción Pública y Bellas Artes, en la que solicitaba la ejecución de la mencionada sentencia dictada por el Tribunal de lo Contencioso-Administrativo del Consejo de Estado en virtud de la cual le correspondía ocupar el número tres en el escalafón de los catedráticos numerarios de las universidades del reino. En defensa de su pretensión alegaba que era indudable que el Ministerio debería considerar a Mambrilla como si constantemente hubiera explicado su cátedra, devolviéndole su antigüedad en el escalafón. Y apelaba también a una real orden de 15 de marzo de 1901, que en su artículo tercero prescribía que a los profesores reintegrados a sus puestos se les reconocería el derecho a ocupar en los escalafones la misma categoría y número duplicado correspondiente al que tuvieron al cesar. Por último, para llegar a la conclusión de que debía serle adjudicado el número 3 recordaba que el escalafón de 1900 le reconocía el número 7 y que en la fecha de 1 enero de 1902 en la que se publicó un nuevo escalafón todos los catedráticos que le precedían, salvo Fernández Robles y Fernández González, habían muerto o se habían jubilado, por lo que no tenía justificación que se le atribuyese el número 6 duplicado, colocando delante a otros ocho catedráticos que habían ingresado en el cuerpo con posterioridad y que siempre habían figurado por detrás de su defendido.

Finalmente, el Tribunal de lo Contencioso-Administrativo del Consejo de Estado estimó su reclamación, por lo que el 30 de diciembre de 1902 fue ascendido al número 1 triplicado del escalafón, con un sueldo de 10.000 pesetas. El ascenso se hizo efectivo mediante una real orden de 24 de febrero de 1903 y apareció reflejado en el escalafón publicado en 1903.

El 16 agosto de 1904 le fue concedida una licencia de un mes por enfermedad, que comenzó a disfrutar el 31 de agosto en la villa de Azpeitia.

Por último, el 25 de enero de 1905 solicitó la jubilación por haber cumplido 40 años de servicios efectivos. Su jubilación se produjo en virtud de un real decreto de 31 de marzo de 1905, que, al tiempo, le concedía los honores de Jefe superior de la Administración civil, con exención de toda clase de derechos. Mambrilla acababa de cumplir 77 años.