国外的学术研究氛围，更激发了门捷列夫追求科学的愿望。在海德堡他珍惜每一刻时间，梦想在这里创造出更多的化学研究成果，所以他一再向俄国政府申请延长他出国的期限，遗憾的是未能得到批准，不得不于1861年初动身回彼得堡。
回国前几天，门捷列夫虽说有点悲观情绪，但对科学的热爱使他始终没有半点松懈，他依然在喷灯的无色火焰上旋转着玻璃管进行加热，当玻璃软化时，管子就巧妙地和烧瓶接在一起。鲍罗丁靠在椅背上，仔细地观察着他的操作。
“你不应该发牢骚，你到海德堡来是大有收获的。”鲍罗丁诚恳地说道，“你发现了液体气化存在着绝对温度这一事实，不仅在理论方面，而且在实践方面都很重要。”
“是啊，‘绝对温度暞的存在具有重要的实际意义。超过这个温度，物质即不能以液态存在。这也同各种气体能否液化大有关系。”
门捷列夫关熄燃烧器，把烧瓶整整齐齐地放进一个大盒子里。
“很遗憾，高温下用锌促使有机氯衍生物转化的研究没能完成。我在准备物质、试样……我想回国后继续实验。但是，我现在还不清楚国内是否有工作条件和经费。”
“我们希望一切都顺利，米佳。艾米尔要为你饯行。”
“好吧，借酒浇愁吧！”
在告别宴会上，德国著名科学家、门捷列夫的好朋友艾米尔·艾伦德说道：“我亲爱的同行不是到这里来学习的。我们看到，他是一位真正的科学家，取得了很大的成就。祝愿他在自己的祖国取得更大的成就！”
“干杯！”大家异口同声地祝愿起来。
1861年2月末，门捷列夫回到彼得堡。这时正值学年中期，寻找教学工作困难很大。他去德国之前在大学中讲授的有机化学课程的笔记和提纲，是有机化学教科书的基础。公益出版社同意为他出版，于是，门捷列夫一边整理他的讲稿、笔记，一边结合不久前在卡尔斯鲁厄化学家会议上获得统一的化学观点，编写有机化学教科书。他伏在一张高大的书桌上，夜以继日地干了起来。
一天傍晚，伏斯克列森斯基走进门捷列夫简陋的书房，看到那一摞一摞乱七八糟的手稿，以及门捷列夫忙得焦头烂额的样子，不由得想起了弟子的工作。
“你到武备中学去讲课吧。”伏斯克列森斯基心酸地劝说道，“我在其他地方有足够的课时，所以我完全可以把那儿的工作让给你。总这样没有工作也不行啊！”
“老师，我不能接受这种帮助，不能因为我而使你失去一部分收入。”
“不要把它看成是对你的帮助。如果我说我有很多的课时，那就是说，的确有。你快些写完教科书，我来为你张罗在新学年讲授有机化学课的事。”
3个月过去，门捷列夫终于用汗水铸成了一部厚达400多页的巨著《有机化学》。这是第一本用俄文出版的有机化学教科书——在此之前，俄国大学生用的一直是德国出版的有机化学教材。
在这本有机化学书中，不仅阐明了某些化合物的性质，而且说明了这些化合物是如何由简单到复杂，形成过程中所发生的反应。无论是系统的理论阐述，还是新观点的引入，都颇有创意。例如，他论证了一系列元素原子量的变化，特别强调了元素的极其重要的化合价属性。从而使人们对元素周期律的探索又向前迈进了一步。
其实，编写这部教科书也是对化学的研究和探索。所以化学界在赞扬这部著作的同时，也对门捷列夫给予了高度评价。
新学年开始了，门捷列夫开始了新的征程。他开始在几个工程技术学校里讲授化学、物理和自然地理，后又在彼得堡大学讲授有机化学。然而，好景不长，授课不到一年，沙皇政府下令把大学关闭一年——学生运动开始了。
大学校门关闭了，可是门捷列夫却丝毫没有停止攀登科学高峰的步伐。他以顽强的毅力继续编写《技术百科辞典》：撰写条目、校对……但是，收入仍不稳定，于是他想到开办一个化学工厂。门捷列夫在工艺学方面的知识很渊博。例如，在参观位于波罗维奇城附近的列伊赫尔教授的工厂时，他提出的建议就产生了很好的结果。但是，他担心搞工业企业会占去他的全部时间，干扰他的科学研究，最后还是将这一想法搁置起来，继续他的学术研究。