Большую роль в развитии химии и в становлении Менделеева-ученого сыграл Международный химический конгресс, который прошел 3–5 сентября в Карлсруэ. Кроме Менделеева, Россию на конгрессе представляли такие известные ученые, как Зинин, Бородин и др. Дмитрий Иванович был не просто рядовым участником конгресса, но входил в его комитет. На конгрессе был принят целый ряд важных нововведений. В частности была признана неоспоримой молекулярная теория, определены понятия «молекула» и «атом», принята единая и правильная система атомных весов. Последнее нововведение впоследствии сыграло важную роль в открытии Менделеевым периодического закона.
Далеко не все время ученый отдавал научной работе. За границей он немало путешествовал. Одним из увлечений Менделеева была живопись. Еще по дороге в Гейдельберг он побывал в Дрездене, где посетил знаменитую картинную галерею и приобрел фотографии и репродукции картин. В конце лета 1859 года он вместе с Иваном Михайловичем Сеченовым побывал в Швейцарии. Два великих ученых поддерживали дружеские отношения на протяжении всей жизни. Новый, 1860 год Менделеев встретил в Париже в компании Сеченова и Бородина. 2 января русские ученые присутствовали на заседании Парижской академии наук. Вниманию Академии была представлена работа Менделеева «О молекулярном сцеплении некоторых органических жидкостей». В Париже Менделеев также покупал репродукции. В 1860 году Дмитрий Иванович совершил еще несколько познавательно-развлекательных поездок: отдыхал во Франкфурте-на-Майне, затем в Висбадене, несколько дней провел в Гамбурге, совершил два путешествие по Италии.
Жизнь и работа за границей более чем устраивали Менделеева. Немаловажным было и отсутствие преподавательской нагрузки: времени вполне хватало и на исследования, и на отдых. В конце 1860 года Дмитрий Иванович отправил на родину прошение о продлении срока командировки. Но оно было встречено отказом. Виноват в этом, по всей видимости, оказался сам Менделеев. Его исследования далеко выходили за рамки чистой химии, а от молодого ученого ожидали конкретных достижений именно в этой области. Даже академик Воскресенский писал ученику, что, помимо исследований капиллярных явлений, не мешало бы выполнить какую-то сугубо химическую работу. Но Менделеев продолжал свою линию исследований и не внял совету учителя. В результате в начале 1861 года упрямец должен был покинуть Гейдельберг и вернуться на родину.
Остаться за границей Менделееву не разрешили, но и вернувшись на родину, он оказался не у дел. Преподавательская нагрузка была распределена в начале учебного года, и никаких вакансий не было. А сбережениями, на которые можно было бы вести безбедное существования, Менделеев не располагал. Нужно было искать возможность заработать. И ученый занялся литературной деятельностью. Вскоре после приезда в Петербург он получил от издательства «Общественная польза» заказ на учебник органической химии. Книга была написана буквально за несколько недель, а уже в июне 1861 года учебник был подготовлен к печати. Весной следующего года Менделеев получил за «Органическую химию» Демидовскую премию — наиболее почетную научную награду в России. С 1861 года издательство «Общественная польза» занималось переводом с немецкого и публикацией обширной технологической энциклопедии издания Вагнера. Менделеев принимал активное участие и в этой работе. При этом он не только переводил оригинальный текст, но и вносил свои дополнения и даже целые разделы. Обязанности редактора «Технологической энциклопедии» Менделеев исполнял до 1869 года. За это время под его руководством было издано 9 выпусков энциклопедии, которые довольно сильно отличались от немецкого первоисточника.
К началу 1861/62 учебного года Менделеев получил и преподавательскую нагрузку. Но, поскольку большого количества часов ему нигде не дали, пришлось работать сразу в нескольких учебных заведениях. В течение нескольких последующих лет Менделеев преподавал во 2-м Кадетском корпусе, в Николаевском инженерном училище, в Институте корпуса инженеров путей сообщения, в Петербургском академическом университете, в Технологическом институте. Кроме различных разделов химии ему приходилось преподавать и другие дисциплины: физику, физическую географию.
Попытки внести что-то новое в систему образования, предпринятые еще в Одессе, отнюдь не оказались юношеским порывом преподавателя-дебютанта. Занимаясь педагогической деятельностью, Менделеев предлагал немало прогрессивных изменений. Так, по его инициативе была проведена реорганизация физико-математического факультета Петербургского университета: предметы разделили на общие и специальные. Благодаря этим нововведениям у студентов появилось больше возможностей начать научную деятельность по выбранной ими специальности.
