Уже 21 октября Менделеев защищает новую диссертацию «Строение кремнеземистых соединений». По университетским правилам, кроме оппонентов (в этом качестве выступали те же Воскресенский и Скобликов) оценить нового коллегу были приглашены представители историко-филологического, юридического и восточного факультетов. Защита была признана удовлетворительной. Через неделю совет университета обратился с ходатайством к попечителю учебного округа, тот вышел на министра, который через два месяца «по сношению с начальником Одесского учебного округа» (им в то время был, но всей видимости, Н. И. Пирогов) переместил Менделеева из старших учителей в приват-доценты. Кроме того, он был назначен секретарем факультета.
Начиная со второго полугодия 1857/58 учебного года Воскресенский поручил Менделееву читать теоретическую и историческую часть программы по химии для студентов третьего и четвертого курсов. Вдобавок молодой приват-доцент взялся нести практические занятия для четверокурсников. В следующем семестре он уже полностью читал курс органической химии и продолжал занятия со студентами в химической лаборатории университета. Следует, однако, отметить, что победное перемещение из провинции в главный университет империи означало для Менделеева резкое ухудшение материального состояния. В Одессе, где цены были значительно ниже, он имел достаточно высокое и регулярно выплачиваемое жалованье; в Петербурге же сверхштатному приват-доценту вообще никакого твердого жалованья не полагалось — ему можно было заплатить раз в год из остатка факультетского бюджета. А можно было и не платить.
Приходилось искать подработку где только возможно. «В 1857/58 г. преподавал органическую химию; дали 400 рублей, а то жил уроками, работал у Никитенко для Журнала министерства народного просвещения. Давал уроки П. П. Демидову. Обедал у Воскресенского». Менделеев неспроста запомнил Демидова, это и впрямь была фигура весьма примечательная — точнее, примечательно искривленная, за что он даже попал (правда, под вымышленной фамилией) в роман Д. Н. Мамина-Сибиряка «Горное гнездо». Потомок баснословно богатого рода уральских промышленников мало занимался наследственными предприятиями (был на них всего дважды, причем один раз подростком), зато хватался за любые «современные» манипуляции: с американскими элеваторами, бульонными кубиками, мясом диких животных, даже изданием собственной газеты. В истории он остался как один из активнейших спонсоров и участников конспиративной монархической организации «Священная дружина», автор антисемитской брошюры «Еврейский вопрос в России» и владелец титула итальянского графа Сан-Донато. Зачем взбалмошному семнадцатилетнему юноше, то ли уже учившемуся, то ли готовившемуся поступать на юридический факультет, понадобились уроки химии, можно только гадать. Вообще частные уроки найти было непросто, а денег они приносили мало и давались молодому самолюбивому ученому с трудом. Манера общения тут предполагалась соответствующая (в одном из писем от работодателя сказано: «…и прошу вас уже себя не беспокоить для давания уроков…»), что, конечно, не могло не уязвлять его достоинства. Для заработка Менделеев взялся вдобавок читать лекции во Втором кадетском корпусе (поэтому несостоявшееся венчание было намечено совершить именно в церкви этого заведения). Есть сведения о том, что в этот период Менделеев читал также лекции в Технологическом институте.
Еще одним полем деятельности и неплохим источником заработка для Менделеева стал «Журнал министерства народного просвещения». Скучное служебное издание с началом сотрудничества в нем молодого приват-доцента буквально преобразилось. Материалы — заметки, рефераты, обзоры, статьи, переводы, рецензии из области химии, физики, биологии, географии, промышленности и технологии и прочего — за подписью «Д. Менделеев», «Д. М.» или просто «М.» буквально текли рекой. Популярное изложение достижений мировой науки чередовалось с новостями металлургии, информацией о новых сферах использования жидкого стекла и яичной скорлупы. Автор писал о новых, необычных, диковинных вещах, не забывая при этом свою излюбленную мысль, что важность открытия в области отвлеченного знания сопоставима с возможностью его практического применения, «сроднения с жизнью народа». Вдобавок оказалось, что у совсем молодого и довольно успешного ученого уже есть враги; он сам себе их выбрал — всех тех, кто говорил о промышленности презрительно, сквозь зубы. В помещичьей стране таковые пока составляли большинство. Автор не затевал личных свар, но патриархальным идеям спуску не давал. Для него необходимость прогресса была очевидной, ибо «война доказала необходимость изменений в нашем народном хозяйстве».