在安東催促聲中，門捷列夫突然來了靈感，他拿起一張白紙，在上麵飛快地畫了起來，並迅速排列出各種元素的位置。幾分鍾之後，一個偉大的發現——世界上第一張元素周期表產生了，誕生在這個忙碌的清晨。
馬車在街上飛馳，門捷列夫從口袋中掏出撲克牌和“紙片”又認真研究起來，他覺得沒有什麼比這些更重要了。直到覺得非常滿意了，他才住手。
1860年3月6日，門捷列夫的助手門拿特金在俄國化學會上代他宣讀了題作《化學元素的性質和原子量的關係》的論文。遺憾的是，這篇論文在當時並未受到應有的關注。這是可以理解的，因為前人類似的分類太多了。門捷列夫深深地知道：“要證實這張元素周期表的正確性，隻有依靠從它引申出來的推論的正確性。”於是他決定繼續完善這張元素周期表。
1871年，門捷列夫發表了《化學元素的周期性依賴關係》一文。他將元素分成了八個族，以周期律為基礎，不顧當時人們對原子量的固有認識，改排了八個元素的位置；校正了八個元素的原子量；並在周期表中預留出了空格，預測出了類鋁、類硼和類矽這三種當時未知的元素的基本性質。他對助手說：“這些未知的元素隻要有一個被發現，並且其化學性質同我們所預測的一樣，那我們就成功了。”他堅信自己。
然而在當時，門捷列夫的預言和他的元素周期表換來的是人們的諷刺和譏笑，有人甚至稱其為鬼怪、魔術。門捷列夫對此都不予理會，他相信自己成功的一天終會到來。
果然，四年後，布瓦博德朗發現了類鋁（镓）！八年之後，尼爾遜發現了類硼（鈧）！15年之後，溫克萊爾又發現了類矽（鍺）！它們的性質和門捷列夫預言的並無兩樣，門捷列夫成功了！此時，一切嘲諷煙消雲散。
門捷列夫成名之後，《彼得堡小報》的一名記者想寫一篇揭示他發現元素周期率奧秘的文章。門捷列夫對他嚴肅地說：“這個問題我大約考慮了整整20年。可有人卻認為：坐著不動，五個戈比一行，五個戈比一行地寫著，突然就成功了。事情遠不是這麼簡單！”
1907年1月20日淩晨5點，門捷列夫因心肌梗塞，坐在椅子上長眠了。當時，他手裏還握著筆，麵前是一本尚未完成的著作。在追悼會上，他的學生用：“Ga、Sc、Ge、Os、Ir、Sn……”等18個元素的符號製作了一幅挽聯，象征著門捷列夫一生的偉大功績。
直到今天，人們耳邊還不時響起門捷列夫的名言：“什麼是天才？終身努力，便成天才！”