В 1842 году Турчанинов обработал ботанические коллекции П.А. Чихачёва с Восточного Алтая. Эта работа была выполнена им чрезвычайно быстро, всего за несколько дней, что говорит о колоссальном опыте учёного и великолепном знании им как сибирских, так и алтайских растений.
И наконец, Турчанинов принял самое непосредственное участие в обработке гербария, привезённого Г.С. Карелиным и И.П. Кириловым из экспедиций по Алтаю и Джунгарии. Да и трудно предположить, что совсем молодой человек, каким в то время был Кирилов, и в общем-то уже не молодой офицер Карелин, не имеющий серьёзной ботанической подготовки, смогли без его помощи определить все собранные растения. До них в тех местах были немногие.
Турчанинов готовил Кирилова себе в преемники, он очень много вложил в этого юношу, а самое главное, научил его самостоятельно работать. Но судьба распорядилась иначе. И.П. Кирилов умер от пищевого отравления осенью 1842 года в городе Арзамасе, когда возвращался из экспедиции. При этом пропали письма Карелина и экспедиционные материалы.
Турчанинов тяжело переживал эту потерю. В письме А.А. Бунге он писал: «Преждевременная смерть Кирилова поразила ещё и в том отношении, что я ему думал передать после моей смерти всю мою ботаническую коллекцию, но Богу угодно было пережить мне этого молодого человека, бывшего почти вдвое моложе меня». По сути, эта смерть подвела черту и ботанической работе Г.С. Карелина. Турчанинов с сожалением писал, что «после смерти Кирилова Карелин отошёл от ботаники, перестал посылать растения».
Служебная карьера Турчанинова в Сибири закончилась в 1845 году вскоре после отставки графа Канкрина. Впрочем, возможно, это был только повод уйти с государственной службы, поскольку известно, что годом раньше, в мае 1844 года, в письмах к Бунге он говорит, что продал дом и собирается перебраться из Сибири на юг, возможно, в Таганрог.
В другом письме он пишет, что подал прошение об отставке, но в связи с отставкой губернатора вынужден исполнять его службу. Здесь же он сетует, что это отвлекает его от академических занятий ботаникой. Однако, как справедливо считают Р.В. Камелин и А.К.Сытин, причина неожиданного ухода с государственной службы состояла не только в том, что Турчанинов предполагал всецело посвятить своё время науке. Решающее значение имело и то, что 1 мая 1844 года оставил свой государственный пост министр финансов Е.Ф. Канкрин. А через месяц (с такой скоростью доставлялась почта в Красноярск) прошение об отставке подал и Турчанинов. Назначенная пенсия составила 400 рублей серебром в год, что было весьма немного для должности, которую Турчанинов занимал. Скорее всего, до царского двора дошли вести о его дружбе с декабристом Давыдовым.
После отставки Турчанинов обосновывается в небольшом провинциальном Таганроге — там, где шумит теплое Азовское море, где растут арбузы и цветут вишневые сады. Он уже не нуждался в помощи больших гербариев, поскольку его личная коллекция была столь огромна, что сделала бы честь любому столичному ботаническому учреждению. Работа по определению сибирского гербария продвигалась успешно. Турчанинов готовился к путешествиям в тёплые страны, неизведанные земли. Он был свободен, обладал огромными знаниями и был уже известен в ботанических кругах всего мира. Несчастный случай не позволил осуществиться этим планам: Турчанинов упал с гербарной лестницы и сломал ногу. Лечение было крайне неудачным, и он до конца своих дней передвигался только на костылях.
В Таганроге он восстановил знакомство с другом детства, а сейчас профессором и заведующим кафедрой ботаники В. М. Черняевым, который приглашал Турчанинова поселиться в Харькове, где у Турчанинова были родственники. Черняев убедил Турчанинова передать его богатейший гербарий Харьковскому университету.
Б. М. Козо–Полянский полагает, что Турчанинов руководствовался желанием спокойно заниматься приведением в порядок гербария и его научной обработкой; отсутствием собственных средств на размещение и содержание огромной коллекции, на её пополнение за счёт новых приобретений; опасением за судьбу гербария после своей смерти. Все эти причины представляются вполне резонными. Вполне вероятно, что Турчанинов, передавая в дар университету единственную и бесценную для него собственность, желал тем самым способствовать славе воспитавшего его университета, а для себя — оставить добрую память в потомстве. При этом, следуя всепоглощающей страсти коллекционера, он надеялся увеличивать гербарий не только на свои скромные средства, но и с помощью значительно превосходящих возможностей университета.
Скорее же всего Турчанинов физически не мог больше ни путешествовать, ни свободно передвигаться по своим коллекциям. В итоге учёный передаёт университету и свой богатейший гербарий, и не менее богатую библиотеку. Взамен он хотел иметь небольшое пособие, чтобы пополнять гербарные фонды университета. Совет университета принял дар Турчанинова, пообещав выплачивать ему ежегодное пособие в сумме 500 рублей. По-видимому, в ответ на ходатайство В.М. Черняева, было предоставлено небольшое помещение для жилья, расположенное вблизи Харьковского университета. Турчанинов был избран его почётным членом.
Однако свои обязательства перед Турчаниновым университет не выполнил. Пособие уменьшили до 300 рублей, да и выплачивать его начали только в 1853 году, то есть через 6 лет после передачи гербария и библиотеки в собственность университета. Когда же Турчанинов стал настаивать на выплате пособия в сумме 500 рублей (в соответствии с договором), то Совет университета большинством голосов отклонил его законное требование. Вскоре он лишился и предоставленной ему квартиры.
Объективные причины не выполнять свои обязательства у администрации университета, конечно же, нашлись. Турчанинову ничего не оставалось, как только продолжать служить своему гербарию, без которого его жизнь теряла всякий смысл и значение. На свою небольшую пенсию он продолжает покупать неопределённые гербарии и описывать из них новые виды, пополняя огромную коллекцию теперь уже Харьковского университета.
По непонятным причинам он потерял все свои сбережения и скоро стал очень нуждаться в деньгах. По одним сведениям, он лишился своего состояния во время крымской войны. По другим — его обманули бессовестные люди, не вернувшие деньги, взятые у него в долг. По косвенным сведениям, это был П.Е. Кирилов, служивший врачом и натуралистом в китайской миссии. Этот человек, как считал сам Турчанинов, старался не платить свои долги и мог обмануть Турчанинова, зная его страсть к гербарию.
В последние годы жизни Николай Степанович «пестовал» талантливого ботаника С.С. Щеглеева, выпускника Московского университета. Но, к сожалению, этот даровитый ботаник также рано ушёл из жизни в возрасте 38 лет. Турчанинов снова остался один. Отношения с Карелиным практически прекратились, а собственной семьи у него не было. Как и раньше, неизменным утешением в жизни ему был Гербарий.
В 1857 году Турчанинов удостоился присуждения полной Демидовской премии за свою «Байкало–Даурскую флору». Эта почётная и заслуженная награда была дана ему по ходатайству академиков Ф.И. Рупрехта и Н. И. Железнова. Однако полученные деньги не слишком улучшили материальное положение, так как он их тут же потратил на приобретение значительной части гербария Роберта Брауна, в том числе «пачки неопределённых растений».
В эти же годы на университетское пособие Турчанинов купил у Д. Хукера гербарий, дополняющий его коллекцию растений Восточной Индии. Коллекции его были очень большими, но самое удивительное, что он в них великолепно ориентировался. В одном из писем А.А. Бунге в 1862 году он не без скрытого хвастовства замечает: «Препровождаю к Вам по желанию Вашему список видов астрагалов нашего Гербария. Из него Вы увидите, что у меня только 495 видов, тогда как у Вас до 600, следовательно не в астрагалах наш Гербарий богаче Вашего. Американских у меня вообще немного, может быть некоторые я могу сообщить Вам из тех, которые Вы отметите». Надо сказать, что к тому времени простой барнаульский врач Бунге стал одним из мировых монографов рода астрагал.
Коллекция Турчанинова во многом превосходила личный гербарий Бунге и немного недотягивала до монографического списка Бунге. Но даже сам факт, что Турчанинов имел в одной коллекции столько видов одного рода, причём самого сложного в систематическом отношении, ставит его в ряд великих ботаников XIX века.
Жизнь Турчанинова в Харькове не сложилась. Не было семьи, не было устроенности, не хватало денег. Однажды Турчанинова посетил профессор Санкт–Петербургского университета А.Н. Бекетов. Он оставил воспоминание об этой встрече, рассказав о трудах и днях заслуженного учёного, живущего в крайней нужде. Это пронзительное свидетельство, сочувственно-душевное и одновременно взывающее о помощи. Как и следовало ожидать, призыв к состраданию так и остался гласом вопиющего в пустыне. Лишь за неделю до кончины Турчанинов решился написать министру народного просвещения письмо с просьбой о помощи.
