После окончания в 1880 г. Горного института Ф. Н. Чернышев должен был сделать выбор при определении дальнейшего жизненного пути. Возможная карьера горного инженера с работой в одном из горных округов могла бы хорошо обеспечить семью, уже тогда сострившую из трех человек. Но он предпочел работу геолога-исследователя, которая не сулила особых жизненных благ, но зато соответствовала его внутренним потребностям. Профессор Горного института В. И. Мёллер ^пригласил его участвовать в геологической съемке наиболее важных в промышленном отношении районов западного склона Южного' Урала, и Ф. Н. Чернышев дал свое согласие. 23 июня 1880 г. Горный департамент принял решение о начале геологосъемочных работ в этом регионе, назначил руководителем их В. И. Мёллера, определил ему в помощники А. А. Краснопольского, окончившего Горный институт двумя годами ранее, и Ф. Н. Чернышева. Для выполнения этого задания был назначен шестилетний срок.
Первые два года (1880—1881 гг.) Ф. Н. Чернышев работал в западной части Уфимской губернии. Результаты этих его работ остались неопубликованными, войдя в отчет В. И. Мёллера, но они определили дальнейшую судьбу Ф. Н. Чернышева. Им была обнаружена ошибка его предшественников, принимавших мощные толщи широко развитых на западном склоне Урала девонских отложений за силурийские. «Работы Ф. Н. Чернышева,—писал в 1914 г. А. П. Карпинский,—заставили совершенно исчезнуть упомянутые отложения с геологических карт Урала и относившиеся к ним осадки присоединить к нижнему и среднему отделам девонской системы» [1]. Хотя впоследствии советскими геологами были внесены коррективы в представления о стратиграфии палеозоя Урала, тем не менее успехи первых лет работы Ф. Н. Чернышева предопределили его деятельность как стратиграфа-палеонтолога, специалиста по палеозою. Его авторитет в этой области был непререкаем и составил ему мировую известность. Ф. Н. Чернышев неоднократно приглашался австрийскими и немецкими геологами для консультаций при изучении классических разрезов палеозоя Западной Европы.
После организации в 1882 г. Геологического комитета работы по Уралу были переданы в его ведение. Главной задачей нового учреждения стало изучение геологического строения России путем составления 10-верстной карты ее территории, в основу которой была положена топографическая карта Генерального штаба на 145 листах. Идеологом этого крупнейшего предприятия был А. П. Карпинский, который в 1885 г. стал директором Геологического комитета, а его соратником и помощником в осуществлении этого труда — Ф. Н. Чернышев, в 1882 г. избранный младшим, в 1885 г. старшим геологом, а в 1903 г. сменивший А. П. Карпинского на посту директора комитета.
Необходимость геологического картирования диктовалась всей историей развития отечественной и мировой геологии. Первые геологические карты, на которых условными знаками изображалось распространение горных пород и минералов, были составлены во второй половине XVII в. во Франции и Англии. В России их появление относится к середине XVIII в. Очевидно, что планы рудников и местонахождения полезных ископаемых появились намного раньше. Однако подлинные геологические карты в современном их понимании, основанные на прослеживании слоев на местности с попытками расчленения их по возрасту, следует связывать с работами В. Смита и Ж. Кювье по стратиграфии и палеонтологии. В России на основе удачной стратиграфической схемы Д. И. Соколова начались систематические работы по геологической съемке горных округов. Важным вкладом в развитие геологического картирования явилась разработка в 30-х годах прошлого века вопросов использования горного компаса в геологических исследованиях и проблем горной геометрии.
Большое значение для возникновения и становления геологической картографии имели успехи общей и военной картографии, поскольку составление тематических карт в существенной мере определяется надежной топографической основой. Учрежденное в России в —1797 г. Депо карт с обязанностями «полного государственного архива всех планов и карт» занималось составлением и изданием новых карт и атласов. В 1801— 1804 гг. появилась первая государственная 100-листная карта Российской империи в масштабе 20 верст в дюйме. Создание в 1822 г. Корпуса военных топографов еще более стимулировало картографические работы. Особое значение среди последних имело создание 500- листной 3-верстной карты и Специальной 10-верстной (масштаба 1 :420 000) карты Европейской России. Последняя и послужила основой для 10-верстной геологической карты, составлявшейся Геолкомом. В советское время она переиздавалась вплоть до 30-х годов и была использована при составлении гипсометрической карты Европейской части СССР масштаба 1 : 1 500 000.