Василий Дмитриевич предложил сестре определить племянника на службу в канцелярию губернатора: связи позволяли. При этом он указывал на себя и на старших братьев Дмитрия, которые успешно служили и не получив высшего образования. Но Мария Дмитриевна была непреклонна в своем решении. Потерпев неудачу в Москве, она решила искать счастья в Петербурге.
В северной столице Менделеевы остановились у обосновавшихся там старых тобольских друзей Протопоповых. Опять начались хлопоты, но поступить в Петербургский университет Дмитрий не мог по той же причине, что и в Московский. Зашла речь о Медико-хирургической академии, но, побывав в ее анатомическом театре, Дмитрий почувствовал, что для профессии врача он не обладает достаточно крепкими нервами.
Тогда Мария Дмитриевна стала хлопотать о приеме Дмитрия в Главный педагогический институт, в котором когда-то получил высшее образование его отец и куда принимались желающие изо всех округов. Но и здесь наткнулась на неудачу: в то время прием в институт проводился раз в два года, и в 1850 году как раз приема не было. Однако настойчивость любящей матери творит чудеса. И тогда случались исключения из правил. Дмитрий попал в число тех восьми абитуриентов, для которых сделали исключение. Как считают некоторые его биографы, попал не без протекции профессора математики Петербургского университета Д. С. Чижова, бывшего однокурсника И. П. Менделеева. Во всяком случае, в бумагах Дмитрия Ивановича сохранилась записка Чижова, позволяющая обратиться от его имени к инспектору института, статскому советнику А. Н. Тихомандрицкому, — где указывалось, что «податель сей записки сын покойного Ивана Павловича Менделеева, бывшего директора Тобольской гимназии, окончивший курс наук в той же гимназии».
Как бы то ни было, Дмитрия допустили к испытаниям, и он выдержал их (по девяти дисциплинам) с достаточным для зачисления средним баллом — 3,22. Лучшие оценки (четверки) получены по русскому и латинскому языкам. Последний он не любил, но лично отец с детства «натаскивал» его по латыни. Остальные оценки — 3, 31/2, есть 21/2 по немецкому языку и даже 2 по французскому. Что же, Тобольская гимназия давала не самое блестящее образование. Разве что все писавшие о ней считают свои долгом упомянуть, что как раз в 40-е годы XIX века преподавателем словесности и инспектором там служил известный всей грамотной России автор «Конька-горбунка» П. П. Ершов. Но вряд ли его педагогический талант был равен поэтическому. Да и Дмитрий Менделеев был не самым прилежным учеником, особенно в старших классах. Общее впечатление, которое можно вынести от сохранившихся в архивах его оценок, таково: способный ученик, занимающийся, однако, лишь настолько, чтобы не оставаться на второй год в классе. Как только такая опасность грозила, он сейчас же подтягивался — и отметки исправлялись. Экзаменационные, как правило, лучше годовых.
А как он учился в институте? Прежде чем ответить на этот вопрос, следует отметить, что на избранном Дмитрием естественно-математическом факультете профессора были первоклассные, лучшие ученые своего времени, создавшие себе громкие имена в науке, искренне ей преданные. Лекции по математике читал академик М. Остроградский, по химии — А. Воскресенский, по физике — Э. Ленц, по астрономии и геодезии — А. Савич, по минералогии и геогнозии — С. Куторга, по зоологии — академик Ф. Брандт, по ботанике — М. Шиховской, по педагогике — Н. Вышнеградский.
Как уже сказано, приемы и выпуски студентов осуществлялись раз в два года. Соответственно этому и программы по каждому предмету составлялись так, что курс приходился не на один, а на два года. Менделееву и поступившим с ним «в промежуток» товарищам предложено было решать, в какой срок они желают окончить полный курс: в три года, для чего они должны были бы самостоятельно пройти курс предыдущего 1849/50 г. и присоединиться к студентам, поступившим в 1849-м, или в пять лет, чтобы окончить с теми, которые должны были поступить в 1851-м. Менделеев избрал пятилетний курс, и решение это сочтем вполне благоразумным. При сравнительно слабой подготовке, полученной в гимназии, ему трудно было самостоятельно осилить ряд совершенно новых дисциплин. А не перейти своевременно на старший курс — это значило попасть в уездные учителя, потому что в институте на второй год не оставляли. К тому же Менделеев был еще слишком молод, чтобы торопиться с окончанием института.
В первый институтский год Менделееву пришлось начать слушание всех курсов со второй половины и, следовательно, самому вникать в пройденное в предыдущем году. Этим можно оправдать его низкие оценки в первый год студенчества. Из 28 студентов он по успехам оказался на 25-м месте. Но с начала 1851/52 учебного года Менделеев присоединился к новичкам-первокурсникам и вместе с ними стал проходить все учебные предметы сначала. Это дало очень хорошие результаты. В первый же семестр отметки у него поправились, и чем дальше, тем более он обращал на себя внимание профессоров своими успехами.
Учившийся курсом младше М. А. Папков оставил такие воспоминания: «Лишь только я огляделся по поступлении в институт, я сблизился с Дмитрием Ивановичем. Меня поражало его пристрастие к высшей математике несмотря на то, что он ясно обнаруживал себя физико-химиком. К биологическим наукам она выражал также большое расположение. <…> Однако он не ограничивался науками этого факультета и интересовался науками, проходимыми на историко-филологическом факультете, так как он успевал выбрать время, чтобы быть на лекциях профессоров и того факультета. Кроме того, он посещал мастерскую гальвано-пластических работ, устроенную в здании Академии наук».
«От такого широкого и горячего интереса к наукам, — продолжает М. А. Папков, — страдал его физический организм, выражаясь кровохарканьем и расстройством нервов».
К этому времени рядом уже не было заботливой матушки Дмитрия. Устроив сына, она поселилась с дочерью в наемной петербургской квартире и, как это нередко бывает с людьми ее типа, оставшись без забот и хлопот, без настоятельного дела, которое требовало от нее энергии, она расслабилась. Подхваченная ею простуда привела к смертельному исходу. Она скончалась 20 сентября 1850 года, 57 лет от роду. А 18 марта 1852 года в той же Мариинской больнице, где умерла Мария Дмитриевна, чахотка унесла жизнь Лизаньки Менделеевой.
Дмитрий тоже едва не отправился следом за сестрой. Петербургский климат для него, сибиряка, был непривычен и вреден, а усиленные занятия слишком утомляли. В январе 1853 года он слег, и потом вспоминал, как институтский доктор Кребель приговорил его к смерти. Обходя вместе с директором института лазарет, доктор остановился возле кроватей Менделеева и студента Бетлинта и, думая, что больные спят, довольно громко сказал своему спутнику: «Ну, эти двое не встанут». В отношении Бетлинта скорбный прогноз оправдался. А 19-летнего Менделеева, может быть, высшие силы сочли нужным сохранить для будущего. Здоровье его пошло на поправку, а руководство института оправило ходатайство министру народного просвещения о переводе способного студента в один из южных университетов (Харьковский или Киевский), где он мог бы при действии благоприятного климата восстановить свои силы. Но, проведя лето на даче у знакомых, Дмитрий от перевода отказался: он сжился с товарищами, дорожил налаженной работой с успевшими узнать его педагогами и опасался, что в других городах не найдет такой прекрасной профессуры, какая была собрана в Главном педагогическом институте.
На старшем курсе студенты делились по специальностям на математиков и естественников. Менделеев, выбравший естественные науки, должен был слушать химию с химической технологией, геогнозию, зоологию, ботанику, а также русское право и педагогику, которые читались одновременно студентам старшего курса обоих факультетов. Два раза в неделю по полтора часа преподавались искусства. Лекций было немного, но зато было много другой работы: практические занятия в лаборатории по аналитической химии, сочинения на темы, задаваемые профессорами, и т. п.
Первый год старшего курса Менделеев окончил с одними пятерками. Успехи выглядят тем более поразительными, что из-за болезни он часто попадал в лазарет, но и там продолжал занятия. Дочь институтского советника Н. М. Данилевская сохранила для потомков такую историю, относящуюся, вероятно, к 1854 году. Перед одним из экзаменов Дмитрий опять был болен и лежал в лазарете. Однако откладывать экзамена до осени он не желал и просил доктора Кребеля дозволить ему держать экзамен. Тот удивился, но разрешил. В день экзамена, несмотря на болезненное состояние, Менделеев встал, оделся в мундир, как требовалось правилами, и сдал экзамен успешно. Когда после этого он возвращался в лазарет, товарищи проводили его аплодисментами.
