В марте 1830 года Турчанинов оставляет службу и зачисляется в Санкт–Петербургский ботанический сад на штатную должность «учёного путешественника между Алтаем и Восточным океаном». На этой должности он пробыл до середины 1835 года, получая на свои путешествия в первом году 5000, а в последующие годы по 4000 рублей ассигнациями. Очевидно, и это назначение не обошлось без покровительства Ф.Б. Фишера и Е.Ф. Канкрина, которые были вполне удовлетворены результатами первого путешествия Турчанинова.
Получив материальные возможности, Турчанинов в 1830 году обследует левый берег Ангары до границы Иркутского уезда, двумя путями пересекает Байкальский хребет к истокам реки Иркута, затем через Нуху–Дабан вдоль реки Оки проходит до Окинского караула и из Хинганского караула (Монды) делает две экскурсии на озеро Хубсугул за пределами государственной границы. Похоже, что Николай Степанович первым из ботаников посетил это удивительное озеро, которое монголы называют «северной жемчужиной».
В 1831 году Турчанинов едет в юго-восточную часть Забайкалья. В 1832-м — в горную Даурию между Акшей и Кяхтой, с двукратным посещением горы Чокондо. На следующий год он снова направляется в восточную Даурию, в треугольник, образуемый реками Шилкой и Аргунь. Он путешествует на лодке по реке Шилка до реки Аргунь, по Амуру до бывшего Албазина. Дальше вверх до Аргунского острога и делает несколько боковых экскурсий во внутреннюю часть треугольника. В 1834 году предпринимает очень трудное путешествие по реке Ангаре до Балаганска, по Якутскому тракту до 100 вёрст от Иркутска, затем переходит через хребет к устью Бугульдеихи. Отсюда, пройдя через «Косую степь», Турчанинов выходит к заливу оз. Байкал против острова Ольхон, проходит по этому суровому острову, пересекает Байкал в средней его части, высаживается в Баргузинском заливе на восточном берегу Байкала, поднимается по реке Баргузин почти до её истоков.
Преодолев труднопроходимые горы Ковалку и перевал Уколкит, он выходит на север в с. Верхне–Ангарское в долине среднего течения реки Верхняя Ангара, впадающей с северо-востока в Байкал. Из с. Верхне–Ангарского неутомимый исследователь на лодке спускается вниз по мощной реке Верхняя Ангара к северным берегам Байкала и вдоль его восточного берега возвращается в Баргузин. В этом же году по поручению Турчанинова молодой забайкальский казак Илья Кузнецов собирает для него растения по рекам Иркут, Ока и их притокам — Тасса, Монда и др.
Предположительно с осени 1835 года Н.С. Турчанинов снова вернулся на государственную службу советником Главного управления при генерал–губернаторе и начальником отделения губернского правления. Этому предшествовала небольшая экскурсия по Байкалу с гимназистом И.П. Кириловым. Мальчик, безусловно, был одарённым ботаником, он обладал хорошим глазом на растения. Это Турчанинов отметил прежде всего. Гимназист не боялся трудностей путешествий и уже обладал навыками как полевой жизни, так и сбора материала. Его также захватила страсть коллекционировать растения и искать среди них неизвестные. К тому же он был потомком известного российского географа И.И. Кирилова (1689–1737).
Турчанинов понимал, что новая служба не даст возможности ездить в экспедиции по неизвестным землям. Служебные обязанности отнимали время, прежде целиком принадлежавшее науке. Поэтому он с радостью учил молодого человека премудростям ботаники, латыни и хотел, чтоб Кирилов был его учеником.
После окончания Кириловым гимназического курса, в 1836 году Турчанинов из собственных средств снарядил экспедицию в Саяны, предоставив Кирилову возможность провести первое самостоятельное исследование. На следующий год он сам отвёз юношу в Петербург для поступления в университет. Там он передал его Г.П. Бонгарду, который возглавлял кафедру ботаники. Там же, в Петербурге, Турчанинов познакомил молодого человека с Г.С. Карелиным. Последний был почти в два раза старше Кирилова, но между ними сразу установилась внутренняя душевная связь, какой не получалось с Турчаниновым.
Много позднее, после полевого сезона 1841 года, молодой студент с досадой пишет Карелину из Красноярска: «Я живу здесь у первого моего учителя ботаники, здешнего вице–губернатора Турчанинова; человек он почтенный, очень умный и учёный, страстный ботаник, но человек холодный, не склонный к короткой дружбе. В беседах с ним нахожу я много пищи для страсти моей к науке. <…> Он добряк, хотя эгоист немножко; растениями нашими занимается усердно и часто похваливает». Однако этот «эгоист немножко», никогда и никоим образом не претендовал на авторство многочисленных новых растений, выявленных Кириловым из материалов, собранных совместно с Карелиным. Но самое главное, совместная работа с Турчаниновым позволила молодому специалисту превосходно ориентироваться во всех известных сибирских растениях.
Новая должность позволила Турчанинову расширить свои научные занятия. И хотя путешествовал он меньше, но у него появились средства для увеличения личного гербария (в том числе за счет покупки частных собраний), а также для создания собственного ботанического сада. В Красноярске Николай Степанович прожил более 7 лет. Этот город был на целую тысячу вёрст ближе к столицам, чем Иркутск.
К тому времени как Н.С. Турчанинов прибыл в Красноярск, здесь произошли большие изменения, связанные прежде всего с «золотой лихорадкой», охватившей Восточную Сибирь. Золотопромышленники, купцы, крупные чиновники переселялись в каменные или обшитые тесом дома и выкрашенные деревянные особняки. В городе появились деревянные тротуары, уличные фонари, будки ночных сторожей. Набережную Енисея засадили деревьями. По проекту декабриста Г.С. Батенькова было построено здание общественного собрания с залом для танцев, буфетом и комнатой для карточных игр.
Поразительно, но до сих пор в Красноярске сохранился дом, в котором жил Н.С. Турчанинов. Этот дом, расположенный недалеко от железнодорожного вокзала, был «на шести сажнях, в коем пять комнат с коридором и прихожей, печей голландских пять, наверху мезонин холодный. На дворе кухня одна, амбаров два, сарай, конюшня и завозня». Сейчас это центр города — улица Мира, 120. Но как это ни печально, ни мемориальной доски, ни каких-либо сведений в местном краеведческом музее о службе выдающегося учёного в Красноярске нет. А между тем жизнь на новом месте у Турчанинова протекала живо и интересно.
В то время в Красноярск, на место постоянного жительства, возвращаются с каторги декабристы, и Н.С. Турчанинов попадает в среду весьма образованных людей. Он был хорошо знаком с «властителем дум» красноярской интеллигенции, декабристом В.Л. Давыдовым. Этот герой Бородинского сражения был двоюродным братом поэта и бретера Дениса Давыдова, был сослан на каторгу за участие в Южном обществе. Обладая литературным дарованием, Давыдов писал стихи, в которых преобладали политические и гражданские темы. Желая дать своим детям хорошее образование, Василий Львович и Александра Ивановна Давыдовы создали домашнюю школу, где учились их дети и дети близких друзей. Благородный и принципиальный Давыдов ненавидел корыстолюбие, ханжество, чванство во всех его проявлениях. Когда семья Давыдовых стала нуждаться в более просторном жилье, они некоторое время жили в доме Турчанинова.
По части своих научных устремлений у Турчанинова тоже нашлись коллеги. Здесь он познакомился с X.Ф. Лессингом, врачом и ботаником, прожившим в Красноярске 15 лет и собравшим хороший гербарий. Кроме того, Турчанинов не только сам неоднократно бывал в Петербурге и Москве, но и принимал у себя заезжих путешественников.
В Красноярске Турчанинов интенсивно обрабатывает свой гербарный материал и публикует описания новых видов и родов растений, начиная с сибирских, а затем и зарубежных. Публикует результаты обработки коллекции, собранной в Китае врачом русской миссии в Пекине Порфирием Евдокимовичем Кириловым. В 1838 году в «Бюллетене МОИП» появляется обширный каталог растений байкальской и даурской флоры, а в 1842 начинается публикация основного труда «Flora baicalensi–dahurica». За три года было опубликовано 7 отдельных разделов работы, которые в 1845 году были изданы уже целой книгой. Появились переводы отдельных частей этой работы за границей. С появлением печатных работ известность Турчанинова как учёного значительно возросла.
С 1841 года Турчанинов приступает к изучению природы и экономики Северной части Енисейской губернии на основании опросных записок. Обобщённые им сведения были опубликованы Академией наук и послужили поводом для организации в 1843 году знаменитой Таймырской экспедиции Академии наук, в которой приняли участие выдающиеся естествоиспытатели А.Ф. Миддендорф, Ф.Ф. Брандт и другие.
