En enero de 1910, el médico de Pankejeff lo llevó a Viena para someterse a un tratamiento con Freud. Pankejeff y Freud se reunieron muchas veces entre febrero de 1910 y julio de 1914, y algunas veces después, incluyendo un breve psicoanálisis en 1919. Los «problemas nerviosos» de Pankejeff incluían su incapacidad para defecar sin la ayuda de un enema, así como una depresión debilitante. Al principio, según Freud, Pankejeff se resistió a abrirse a un análisis completo, hasta que Freud le dio un plazo de un año para el análisis, lo que hizo que Pankejeff abandonara sus resistencias.

La primera publicación de Freud sobre el «Hombre de los Lobos» fue «De la historia de una neurosis infantil» (Aus der Geschichte einer infantilen Neurose), escrita a finales de 1914, pero no publicada hasta 1918. El tratamiento de Freud sobre Pankejeff se centró en un sueño que éste tuvo de muy pequeño y que describió a Freud:

«Soñé que era de noche y que estaba acostado en la cama. (Mi cama estaba con el pie hacia la ventana; delante de la ventana había una hilera de viejos nogales. Sé que era invierno cuando tuve el sueño, y de noche). De repente, la ventana se abrió por sí sola, y me aterrorizó ver que unos lobos blancos estaban sentados en el gran nogal frente a la ventana. Eran seis o siete. Los lobos eran bastante blancos, y parecían más bien zorros o perros pastores, pues tenían grandes colas como las de los zorros y aguzaban las orejas como los perros cuando prestan atención a algo. Con gran terror, evidentemente de ser devorado por los lobos, grité y me desperté. Mi enfermera se apresuró a ir a mi cama para ver qué me había pasado. Pasó mucho tiempo antes de que me convenciera de que sólo había sido un sueño; había tenido una imagen tan clara y real de la ventana que se abría y de los lobos sentados en el árbol. Por fin me tranquilicé, sentí que había escapado de algún peligro y volví a dormirme.» (Freud 1918)

El análisis final de Freud (junto con la aportación de Pankejeff) del sueño fue que éste era el resultado de que Pankejeff había presenciado una «escena primitiva» -sus padres teniendo sexo a tergo o more ferarum («por detrás» o «a lo perrito»)- a una edad muy temprana. Más adelante, Freud planteó la posibilidad de que Pankejeff hubiera presenciado en cambio la cópula entre animales, que fue desplazada a sus padres.

El sueño de Pankejeff desempeñó un papel importante en la teoría del desarrollo psicosexual de Freud, y junto con la inyección de Irma (el propio sueño de Freud, que lanzó el análisis de los sueños), fue uno de los sueños más importantes para los desarrollos de las teorías de Freud. Además, Pankejeff se convirtió en uno de los principales casos utilizados por Freud para demostrar la validez del psicoanálisis. Fue el tercer estudio de caso detallado, después de «Notas sobre un caso de neurosis obsesiva» de 1908 (también conocido por su apodo animal «Hombre de las ratas»), que no implicaba que Freud se analizara a sí mismo, y que reunía los principales aspectos de la catarsis, el inconsciente, la sexualidad y el análisis de los sueños expuestos por Freud en sus Estudios sobre la histeria (1895), La interpretación de los sueños (1899) y sus Tres ensayos sobre la teoría de la sexualidad (1905).