Менделеев не ограничивался педагогической работой и принимал активное участие в общественной жизни учебных заведений. Особенно ярко он проявил себя во время студенческих волнений 1861 года. В сентябре 1861 года Министерство народного просвещения обнародовало реакционный циркуляр, который ограничивал права студентов. Это вызвало студенческие волнения, в результате которых в конце сентября занятия в Петербургском университете были прекращены. Столкновения студентов с жандармами и многочисленные аресты возмутили многих преподавателей. Менделеев вместе с целым рядом своих коллег 12 октября подал прошение об отставке, которое, к счастью, было отклонено ректором университета. 23 ноября преподаватели университета подали прошение о помиловании арестованных студентов. Под прошением стояла и подпись Менделеева. 20 декабря было принято решение об официальном закрытии университета. Преподаватели университета приняли решение о продолжении занятий в виде публичных лекций. Первые лекции прошли 5 февраля в здании Государственной думы. Их читали Менделеев, Сеченов и Соколов
Но вскоре лекции были прекращены. 2 марта 1862 года историк Платон Васильевич Павлов в своей лекции, посвященной 1000-летию России, коснулся современного положения страны и призвал интеллигенцию к сближению с народом. Учитывая обстановку, не удивительно, что власти нашли лекцию Павлова крамольной. Он был арестован. Ученые бурно отреагировали на арест своего коллеги. 6 марта собрание профессоров и студенческих депутатов заявило коллективный протест, а через два дня публичные лекции были запрещены.
Весной 1862 года в личной жизни Менделеева произошли перемены. Он женился. Его супругой стала Феозва Никитична Лещевая, приемная дочь Петра Павловича Ершова, с которой он был знаком еще в Тобольске. Будущих супругов давно объединяли дружеские отношения. Они состояли в переписке, а после приезда Феозвы в Петербург много общались. Менделеев долго не мог решиться на женитьбу. Вот цитата из его дневника: «Писать больше и не могу и некогда, и мысли так врозь идут, и тяжко, и свободно — все так мешается — не разберешь, право. Надумал наконец, долго раздумье брало, 10-го [апреля] поговорил с Физой, а 14-го был женихом. Страшно и за себя, и за нее. Что это за человек я, право? Курьезный, да и только. Нерешительность, сомнения, любовь, страх и жажда свободы и деятельности уживаются во мне каким-то курьезным образом. Где всему этому решение — не знаю».
После венчания (29 апреля) молодожены отправились в заграничное путешествие. Они посетили Германию, Голландию, Англию, Швейцарию, Италию, в Лондоне побывали на Всемирной выставке. Путешествие длилось до начала августа. Вскоре после возвращения Менделеев получил печальное известие. Умер его старший брат. Супруги послали вдове письмо, в котором предлагали оказать помощь в воспитании детей. В конце года к их семье присоединился племянник Яков.
В марте 1863 года у Менделеевых появилась дочь. Но через полгода девочка умерла. Феозва Никитична родила еще двоих детей: сына Владимира (1865 год) и дочь Ольгу (1868 год). В конце 70-х годов сомнения, которые испытывал Менделеев в отношении своего брака, начали оправдываться. Несходство характеров супругов и разница в возрасте (Дмитрий Иванович был на 6 лет младше своей супруги) привели к тому, что их взаимные чувства охладели. Они развелись, но до конца своих дней поддерживали дружеские отношения, состояли в переписке. Менделеев заботился о бывшей жене. При разводе Дмитрий Иванович взял на себя воспитание сына, а дочь осталась с матерью.
Но вернемся к работе Менделеева. В 1863 году он вплотную приступил к своей «третьей службе». Дмитрий Иванович и до этого интересовался промышленностью и технологическими процессами, но теперь этот интерес стал востребованным. Нефтепромышленник В. А. Кокорев предложил ученому осмотреть его химические заводы вблизи Баку и дать советы по оптимизации их работы. В конце лета Менделеев взял отпуск и отправился в путь. В ходе поездки он вполне оправдал ожидания заказчика и дал несколько ценных рекомендаций. Ученый понимал важность нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и ратовал за их развитие. Но его идеи несколько опережали возможности и потребности времени. Так, он предлагал начать строительство нефтеперерабатывающего завода в Нижнем Новгороде и использовать нефтяное месторождение полуострова Челекен.
В 1865 году Менделеев получил возможность на практике заняться агрономией, которой также интересовался. Он приобрел имение Боблово, расположенное неподалеку от Клина. К сельскохозяйственным работам в имении ученый отнесся с чувством, с толком, с расстановкой. Он закупил хороший инвентарь, семена, удобрения. В Боблово Менделеев не только вел хозяйство, используя современные методики, но и проводил целый ряд опытов и исследований. Через 5 лет урожай зерновых культур в имении Дмитрия Ивановича был в два раза выше, чем у соседей. Это стало предметом искренней гордости ученого.
