Резкие выступления Менделеева против откупов на нефть возымели действие лишь в 1872 году: нефтеносные участки стали распродаваться в частные руки. Однако Рейтерн оставался верен самому себе и наложил на нефть настолько высокий акциз, что русский керосин по цене с трудом мог соперничать с американским. Лишь когда отставание русской нефтяной промышленности от американской стало вызывать в правительстве тревогу, Рейтерн вынужден был вернуться к советам Менделеева и просить его снова изучить этот вопрос, для чего, в частности, в 1876 году Русское техническое общество послало Дмитрия Ивановича в Соединенные Штаты посмотреть, как там поставлено нефтяное хозяйство.

По итогам поездки он написал книгу «Нефтяная промышленность в североамериканском штате Пенсильвания и на Кавказе». Его перу также принадлежит брошюра «Где строить нефтяные заводы?». Нефтью Дмитрий Иванович занимался серьезно, приговаривая: «Без светоча науки и с нефтью будут потемки». Как теоретик, он высказал гипотезу минерального происхождения нефти из металлических карбидов. Как исследователь-практик, предложил принцип непрерывной дробной перегонки нефти, методы обработки и определения отдельных погонов, селективных растворителей, лично участвовал в проектировании первого нефтепровода между Баку и Батумом. Своими мероприятиями Менделеев добился, что русская нефтепромышленность на время опередила американскую. Правда, потом опять отстала из-за отсутствия капиталовложений на усовершенствование оборудования и развитие научно-исследовательской работы.

На третьем году супружеской жизни, когда материальное положение Менделеева упрочилось, он принял предложение приятеля и коллеги, профессора Технологического института Н. П. Ильина, разделить с ним покупку у разорившегося князя Дадиани маленького имения Боблово в Клинском уезде Московской губернии. Эта покупки привела к увлечению Дмитрия Ивановича сельским хозяйством до такой степени, что и в этом деле он стал профессионалом. У него там было опытное поле с пробами различных удобрений.

«Опыты Дмитрия Ивановича дали блестящий результат, — вспоминает жившая у него там племянница Н. Я. Капустина-Губкина. — Урожай получился такой, что крестьяне поражались. Их поля дали сам-четыре, сам-пять, а у него было сам-десять, сам-двенадцать.

Хорошо помню, как раз во дворе к Дмитрию Ивановичу пришли несколько мужиков по какому-то делу и, кончив его, спросили:

— Скажи-кася ты, Дмитрий Иваныч, хлеб-то у тебя как родился хорошо за Аржаным прудом… Талан это у тебя или счастье?

Я стояла тут же и видела, как весело и ясно сверкнули синие глаза Дмитрия Ивановича, он хитро усмехнулся и сказал:

— Канешно, братцы, талан. — С мужиками Дмитрий Иванович любил иногда поговорить на “о” и простонародной манерой, что очень шло к его русскому лицу.

Потом за обедом он, смеясь, рассказывал это большим и прибавил:

— Зачем же я скажу, что это только мое счастье. В талане заслуги больше…»

Через 6–7 лет при малых денежных затратах, путем введения многополья, хорошего удобрения, машин, правильного скотоводства Менделеев достиг блестящих результатов. Об этом свидетельствуют не только подлинные отчеты, но и тот факт, что профессора Стебут, Люгодовский привозили студентов Петровской (ныне Тимирязевской) сельскохозяйственной академии осматривать образцовое менделеевское хозяйство.