В декабре 1743 г., когда Елизавета вернулась после коронации из Москвы, Ломоносов написал первую оду, посвященную новой императрице. Эта ода, по-видимому, была замечена Елизаветой. Во всяком случае, ее благосклонность к молодому русскому поэту н ученому, как увидим, спасла Ломоносова от битья батогами а ссылки в солдаты.
В мае 1743 г. за отказ явиться на заседание следственной комиссии Ломоносов был посажен под домашний арест. Несмотря на бедственное материальное положение, ученый предается самым серьезным занятиям. Он изучает «Математические начала натуральной философии» И. Ньютона, начинает несколько физических диссертаций, пишет «Диссертацию о действии химических растворителей на растворяемые тела» и «Краткое руководство к риторике…». В этот же период им были созданы два непревзойденных шедевра русской научной поэзии: «Утреннее размышление о божием величестве» и «Вечернее размышление о божием величестве при случае великого северного сияния». В конце 1743 г. три русских стихотворца В. К. Тредиаковский, А. П. Сумароков и Ломоносов написали и издали «Три оды парафрастические псалма 143», не указав, кто автор каждой из них. Предполагалось, что читатели сами определят, чей способ стихосложения окажется предпочтительнее. Нам неизвестны результаты спора, но с современной точки зрения, безусловно, пальма первенства должна была принадлежать Ломоносову.
Летом 1744 г. следственная комиссия вынесла решение о полном оправдании Шумахера и наказании всех, кто на него жаловался. Однако Елизавета отменила приговор академическим жалобщикам и повелела освободить из-под ареста Ломоносова, обязав его произнести публичное извинение перед Академическим собранием.
В этот год Ломоносов вел плодотворнейшую научную работу: он написал «Размышления о причине теплоты и холода», «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном», переработал диссертацию «О действии растворителей на растворяемые тела», перевел на русский язык работу Г. Гейнзиуса «Описание в начале 1744 года явившейся кометы…», проводил физические эксперименты. Объем и уровень совершенной Ломоносовым работы позволяли претендовать на профессорское звание. В июне 1745 г. Ломоносов прочитал в Академическом собрании диссертацию «О блеске металлов», за которую было решено избрать его профессором химии на место отказавшегося от этой должности И. Г. Гмелина. Указом от 25 июля императрица присвоила звания профессоров Ломоносову и Тредиаковскому по кафедре элоквенции (красноречия). В Петербургской Академии наук появились наконец сразу два русских академика.
Став профессором химии, Ломоносов начал настойчиво добиваться создания химической лаборатории, о необходимости которой он писал начиная с 1742 г. Ломоносов считал химию своей «главной профессией» и как никто другой в России понимал, что без лаборатории, без химических экспериментов химическая наука развиваться не может. Собственный опыт подсказывал Ломоносову, что лаборатория необходима и для обучения студентов. А подготовку национальных научных кадров он воспринимал как свой долг перед Россией, как вклад в культурное и экономическое развитие государства.
С 1744 г. Ломоносов читал лекции по физике студентам Академического университета А. П. Протасову и С. К. Котельникову (которые позже оба стали академиками) и убедился, что без учебника физики невозможно обойтись. Ломоносов засел за перевод учебника Л. Ф. Тюммига, кратко излагавшего работу Хр. Вольфа. В 1746 г. под названием «Вольфианская экспериментальная физика» вышел в свет первый на русском языке учебник физики, который выдержал в XVIII в. несколько изданий.
В 1746 г. в Академию был назначен президент. Им оказался восемнадцатилетний брат фаворита императрицы К. Г. Разумовский. В это же время сдвинулось с места дело по созданию химической лаборатории. И хотя Елизавета подписала указ о ее постройке, но потребовалось еще два года, чтобы его выполнить.
В период до постройки химической лаборатории Ломоносов начал систематические занятия русской историей. Ему стали давать на отзыв написанные разными авторами исторические работы, в частности многотомную «Историю Сибири» Г. Ф. Миллера. А когда в составе Академии появилось Историческое собрание, Ломоносов был назначен его членом.
В 1749 г. Ломоносов представил свои работы «О действии химических растворителей вообще» и «Физические размышления о причине теплоты и холода» для напечатают в «Новых комментариях Петербургской Академии наук». Существует мнение, что Шумахер, затаивший зло на Ломоносова за поддержку последним Нартова, послал эти работы Эйлеру, рассчитывая получить отрицательный отзыв. Но ожидания Шумахера не оправдались. В декабре от Эйлера к Разумовскому пришло письмо, где указывалось, что «Ломоносов одарован самым счастливым остроумием для объяснений физических и химических. Желать надобно, — писал Эйлер в заключение, — чтобы все прочие академии были в состоянии показать такие изобретения, какие показал Ломоносов». В 1750 г. том «Новых комментариев» со статьями Ломоносова увидел свет. Кроме упомянутых в нем были опубликованы еще две работы ученого: «Опыт теории упругости воздуха» и «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном».