En 1848, il participe à la Première guerre de Schleswig mais sa santé ne lui permet pas de servir et l'oblige à rentrer à la maison. Il peint alors plusieurs œuvres sur ce thème, dont L'adieu du soldat de la réserve à sa famille (Reservesoldatens Afsked fra sin Familie). Il réalise ensuite plusieurs œuvres qui reçoivent un bon accueil au Danemark, comme Le vendeur de pain (Hvedebrødsmanden) en 1851 et Berger sur la bruyère (Fårehyrde på heden) en 1855.
En 1857, il épouse Thomasine Ludvigne Grimer. Le couple donne naissance à deux enfants, Gustav Vermehren(da) en 1863 et Sophus Vermehren(da) en 1866 qui deviendront tous deux peintres. Vermehren peint alors des études de personnages, des scènes d'intérieurs, des paysages et des peintures de genre en rapport avec la vie au Danemark de l'époque. Il reçoit la médaille Thorvaldsen en 1860. En 1862, il voyage en Angleterre et aux Pays-Bas et participe à l'exposition universelle de 1862 à Londres.
En 1890, il reçoit le prix Treschow et est nommé diplomate honoraire à Berlin en 1891. Il participe au salon international d'art organisé la même année à Munich. En 1892, il est nommé commandeur de 1re classe de l'ordre de Dannebrog. Il décède en 1910 à Copenhague et repose au cimetière Assistens.
