У Менделеевых не было беспокойства о том, где остановиться на первое время. Петербургское тобольское землячество того времени состояло из людей обеспеченных, сумевших сделать успешную карьеру, разбогатеть и скопить достаточно средств на жизнь в столице. Все они хорошо знали друг друга, и приезд семьи Менделеевых был для многих приятным событием. Традиции сибирского хлебосольства позволяли надеяться на радушный прием. Мария Дмитриевна решила остановиться в семье своей старой тобольской подруги и дальней родственницы Александры Петровны Скерлетовой, которая снимала квартиру на Сергиевской улице, в доме 35, принадлежавшем отставному генерал-майору А. А. Болдыреву. Мите и тут нашлась подходящая компания — он легко сошелся с младшими детьми хозяйки Юлей и Петей. Вскоре для приехавших открыл двери еще один дом — статского советника В. А. Протопопова, брата первой жены П. П. Ершова. Владимир Александрович служил в Департаменте податей и таможенных сборов, своих детей не имел, зато в его хлебосольной семье жили три хорошенькие племянницы, Физа, Саша и Соня Лещевы — падчерицы П. П. Ершова. Здесь, на Фурштатской, Митя был частым и желанным гостем. Сюда он приходил после долгах прогулок в одиночку или с новыми друзьями.
Великолепный столичный Петербург озадачивал его тем, что местами напоминал далекий Тобольск. За дворцами прятались серые, невзрачные домишки, а сразу за Невским проспектом начинались обширные огороды, отделенные от парадного части города длинным глухим забором. По немощеным дорогам скрипели водовозные телеги (воду из Невы развозили по удаленным улицам в белых бочках, а из Фонтанки — в зеленых). Люди же из ближних домов и прохожие набирали воду прямо из реки. Как и в Тобольске, вокруг было много солдат и каторжников. Отсюда, из петербургской пересыльной тюрьмы в Демидовом переулке, рядом с Сенной площадью, начинался тот каторжный путь, который проходил через Москву и дальше шел по знаменитой Владимирке, что тянулась значительно дальше Владимира и заканчивалась в родном городе Менделеева. А. Ф. Кони писал: «Они идут, звеня цепями, в серых войлочных шапках на полубритых головах, понурые и угрюмые, а сзади на повозках едут следующие за ними жены, часто с детьми. Отряд войск окружает эту группу. Прохожие останавливаются и подают калачи, булки и милостыню «несчастным». Они следуют на двор Петербургско-Московской дороги, где их рассадят по арестантским вагонам и отвезут в Московский пересыльный замок. Там, если только он еще жив, их встретит сострадательное участие «святого доктора» Гааза, но затем они двинутся по лежащей через Владимир дороге в Сибирь, перенося и зной и холод, скудное питание и насильственное сообщество в течение долгих месяцев пешей ходьбы, покуда не достигнут Тобольска, где Особый приказ распределит их в места назначения, и для них потянется долгая жизнь страданий, принудительной работы и сожительства с чуждыми, и нередко порочными в разных отношениях людьми». Тут надо лишь сделать поправку относительно движения этапа в Москву: арестантские вагоны появятся только через пару лет. Николаевской железной дороги пока не было, Московский вокзал еще стоял в лесах, и каторжане, которых мог встретить Дмитрий, шли в Москву пешком. Многих осужденных перед отправкой наказывали плетьми на Конной площади. Палач изготавливался, заносил плеть и давал команду крепко связанной жертве: «Поддержись, ожгу!» Дескать, подготовься, милый, соберись… Всё это были такие же привычные для города картины, как афишные тумбы, приглашающие зрителей на спектакли «Вот так пилюли, или Что в рот, то спасибо», «Дон Ранудо де Калибрадос, или Что и честь, коли нечего есть», «В людях ангел не жена, дома с мужем — сатана». В театрах ставили, конечно, и серьезные вещи, но цензура не зевала. Скажем, «Месяц в деревне» Ивана Сергеевича Тургенева потребовали переделать — заменить замужнюю героиню, увлекшуюся студентом, на вдову.
Надолго должны были запомниться Дмитрию таможенные склады и решетка чахлого скверика возле университета, где они с матерью переживали, получив решительный отказ университетского начальства принять его документы. Что делать дальше, Менделеевы не знали. Оставались Горный институт, Медико-хирургическая академия и Главный педагогический институт. Самой престижной считалась Медико-хирургическая академия, и они взяли разрешение обойти ее аудитории и лаборатории. Присутствуя в анатомическом театре на вскрытии, Дмитрий Менделеев потерял сознание. Медико-хирургическая академия отпала. Горный институт, как тогда считалось, давал довольно узкое образование. Оставался Главный педагогический институт, который в свое время закончили отец и самые лучшие учителя Тобольской гимназии. Практически все профессора института являлись совместителями, приглашенными из Санкт-Петербургского университета, что было залогом хорошего образования. Да и сам институт размещался в здании Двенадцати коллегий вместе с университетом. Но стоило матери и сыну решиться на этот выбор, как оказалось, что и туда дорога закрыта: институт набирал студентов раз в два года, 1850-й был не приемным.