После Духовной академии Ухтомский отправился поступать в Петербургский университет на естественное отделение физико-математического факультета. Однако лицам с духовным образованием сфера естественных наук официально была заказана, поэтому он в 1899 году попадает сперва на восточный факультет по еврейско-арабскому разряду – с тем, чтобы год спустя перевестись на естественное отделение. В двадцать пять лет он опять с охотой сел на студенческую скамью, учился усердно и усидчиво и через два года утвердился ассистентом на кафедре физиологии животных, у профессора Николая Евгеньевича Введенского.
Петербург угнетал Ухтомского, – и не только климатом, но нарочитой ориентацией на Западную Европу, духом скепсиса и аморальностью, прагматизмом и бессердечием «каннибальской общественности». Ухтомский прямо заявлял: «Иногда кажется, что продал я духовное старешенство за питерскую жизнь, как Исав за чечевичную похлебку…»
В 1896 году в статье «Психология русского раскола» В. В. Розанов писал: «Есть две России: одна – Россия видимостей, громада внешних форм с правильными очертаниями, ласкающими глаз, с событиями, определенно начавшимися, определительно оканчивающимися, – „империя“, историю которой „изображал“ Карамзин, „разрабатывал“ Соловьев, законы которой кодифицировал Сперанский. И есть другая – „Святая Русь“, „матушка Русь“, которой законов никто не знает, с неясными формами, неопределенными течениями, конец которых не предвидим, начало безвестно: Россия существенностей, живой крови, непочатой веры, где каждый факт держится не искусственным сцеплением с другим, но силою собственного бытия, в него вложенного. На эту потаенную, прикрытую первою, Русь – взглянули Буслаев, Тихонравов и еще ряд людей, имена которых не имеют никакой „знаменитости“, но которые все обладали даром внутреннего глубокого знания». К последним, богато наделенный от природы даром внутреннего глубокого знания, принадлежал и старообрядец князь Ухтомский.
Пространство всемирной истории четко просматривалось. Ухтомский словно парил над временными и географическими барьерами, и российскую катастрофу воспринял как следствие законов, диктуемых грешному человечеству неподвластной ему Волей. Он судил современность высшим судом, неизбежным «перед концом истории», наблюдая воочию «намекательное стечение признаков», предвещающих гибель и христианской культуры, и европейской цивилизации.
Неудивительно, что Ухтомского дважды арестовывали: 17 ноября 1920 года в Рыбинске безо всяких на то причин и в мае 1923 года в связи с закрытием Никольской церкви в Петрограде.
Тем не менее, в 1922 году Ухтомский с кончиной Н. Е. Введенского принял кафедру физиологии под свое начало и после десятилетних проверок обнародовал наконец свой закон доминанты, что стало, безусловно, звездным часом в его научной биографии.
1920-е годы меняли декорации, государство судорожно перестраивалось под нажимом диктаторских лозунгов, – а жизнь Ухтомского текла своей колеей. Он верой и правдой служил университету, читал общие и специальные курсы на биофаке, завоевав репутацию всеми любимого профессора.
Один из его учеников вспоминал, как победительно выглядел Алексей Алексеевич, шагая по коридору Главного здания: высокий, широкоплечий, импозантный, с окладистой седой бородой и откинутыми назад черными волосами, одетый в длинную суконную рубаху, подпоясанную кожаным тонким ремнем; шел по просторному университетскому коридору четким шагом, громко стуча каблуками сапог, – с поднятой головой, держа в одной руке картуз, в другой ненагруженный портфель: шел, как на праздник, с улыбкой отвечая на приветствия, – читать лекцию…
И это в условиях, когда к концу 1920-х годов Университет и Академия наук утратили даже относительную независимость и оказались под жесточайшим гнетом партийных властей, когда развернулась «классовая борьба на теоретическом фронте» – с идеалистической философией и «мистицизмом», когда после повальных чисток место ошельмованных, арестованных и сосланных ученых занимала «красная профессура», и биофак университета не был тут исключением.
Удары, нанесенные науке в 1930-е годы, превзошли самые мрачные прогнозы. И все же середина 1930-х оказалась для Ухтомского чрезвычайно плодотворной. В 1934 году он возглавил образованный по его инициативе научно-исследовательский Физиологический институт при университете и, определяя стратегию работ, наметил направление «более широкого и общего значения, чем обычный путь классической физиологии», поставив целью изучать проблемы человеческого сознания комплексно, заложив первым в стране основы физиологической кибернетики.