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, 3>1/>2, есть 2>1/>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.