有時候，看書的時間長一點伊萬的眼睛和頭就會劇烈地疼痛，這時候小門捷列夫就會懂事地讓父親休息，自己跑到哥哥、姐姐那裏。
哥哥、姐姐見父親視力不好，還教弟弟識字，就不再煩小門捷列夫了。隻要他們有空，就主動替父親教門捷列夫識字和算數。就這樣，在兩年內，小門捷列夫學完了小學的全部課程。
門捷列夫7歲那年，哥哥巴維爾到了上中學的年齡。看到瑪利姬為哥哥準備新書包，小門捷列夫著急了，纏著瑪利姬也要求上學。
瑪利姬說：“按要求是8歲才能夠上學的啊，我的小米嘉，你再等一年好嗎？”
小門捷列夫堅決地說：“不！我也要和哥哥、姐姐一起上學。”
瑪利姬笑了笑，寵溺地說：“那你等等，等我有了工夫，到小學跟老師說一說，讓你到鎮上的小學去讀書。”
聽到這話，小門捷列夫不高興地說：“我才不上小學呢，我要和哥哥一樣去上中學。”
瑪利姬有點生氣了：“米嘉，媽媽答應讓你上小學，也隻是試探著，學校不一定會接收你。你不要再鬧了，上中學，簡直是開玩笑！”
門捷列夫覺得自己受了很大的委屈，眼淚吧嗒吧嗒地直往下掉，但他堅持著說：“我現在已經學完了小學的全部課程，我認為我應該上中學了！”
伊萬聽到這母子的爭論，扔下手中的活兒，走了過來。
他站在兒子一邊，對瑪利姬說：“米嘉的要求並不過分，他現在確實已經學完了小學的全部課程。你去找一找托博爾斯克中學的校長，請求他允許米嘉和哥哥一起上中學。”
瑪利姬有些難以置信，她隨便出了些題目讓門捷列夫回答，結果門捷列夫回答得又快又準。瑪利姬終於相信小兒子的話是真的，他真的已經學完了小學的全部課程。
看著如此聰明的孩子，瑪利姬決定無論如何也要滿足他的心願，讓他上中學。
起初，學校不肯收這個從沒有上過學的孩子，認為這是不符合規矩的，在學校的曆史上從來沒有發生過的。
瑪利姬堅持著，一次次地去學校，說門捷列夫如何聰明好學，還有比同齡孩子強得多的觀察力等。到最後，學校看在老校長的麵子上，勉強同意讓門捷列夫參加考試，考試通過才能錄取。
學校特地組織了俄文、數學、地理等學科的老師，對門捷列夫進行了認真的考試。結果證明，門捷列夫確實達到了上中學的文化程度，尤其是計算能力比中學一年級的孩子還強。
門捷列夫的出色表現，使學校不得不破例招收一個年僅7歲的孩子讀中學。
當門捷列夫第一天上學的時候，他心裏高興極了，對學校的一切都感到新鮮好奇。而大家對他這個“小”同學，也抱有同樣的態度。
上課的鈴聲響了，大家走進了教室坐到座位上。7歲的門捷列夫，由於個子太矮，僅僅隻能把頭露出來。同學們看了哈哈大笑。老師看到這個滑稽的場麵也笑了，但隨後他製止了同學們大笑，開始上課。
通常情況下，年齡越小，注意力集中的時間就越短。所以，任課老師擔心小門捷列夫的注意力無法持續45分鍾。可是，他們都低估了這個孩子。小門捷列夫注意力集中的時間比那些大孩子還長。
隨著時間的推移，門捷列夫逐漸地表現出他極為優秀的一麵。
上課回答問題，他往往是第一個舉手，而且回答得既正確又有條理性；他對待課後作業的態度，也很認真，能夠高質量地按時完成作業；在期末考試中，他的數學、物理、地理、邏輯等主要學科都取得了好成績，隻有拉丁文不及格。
門捷列夫用自己的實際行動，改變了老師和同學們對他的態度，沒有人再嘲笑他是個小孩子了，而是把他當作一個品學兼優的中學生對待。
門捷列夫那顆充滿好奇、渴求知識的心在學習中得到了極大的滿足，有種如魚得水的感覺。
他喜歡數學，覺得數字在他的“指揮下”乖乖地做遊戲；他愛物理，因為物理告訴他為什麼氣球能上天；他對地理感興趣，地理可以告訴他俄羅斯美麗的風光和豐富的寶藏。
隻有拉丁語，讓小門捷列夫無論如何也提不起興趣。一看到拉丁文課本他就頭疼。他已經連續兩次拉丁文考試不及格了。
當時，正值尼古拉一世的反動勢力最猖獗的時候。俄羅斯所有的大、中、小學校都崇尚一種不切實際的理論知識——經院哲學。
沒有人重視自然科學知識的教學，神學和古代語言被確定為教學體係的重點。教學的基礎是反對東正教、獨裁和民族主義的原則，托博爾斯克中學自然也不例外。
伊萬，這個搞了一輩子教育工作的父親當然無法容忍自己的兒子拉丁語隻得兩分。所以學期一結束，他就要求小門捷列夫把拉丁語課本拿過來，要替他進行補習。
門捷列夫犯難了，磨磨蹭蹭。
原來，學期一完，門捷列夫和幾個同學便把拉丁文課本靠在河邊的那棵大樹上當靶子打，在一陣陣開心的歡呼聲中，不堪一擊的課本幾乎成了一摞破紙。
“天啊，這就是你的課本？”伊萬怒火中燒。
門捷列夫低著頭，不知道如何回答。
伊萬壓了壓自己的怒氣，說道：“米嘉，我知道你不喜歡拉丁語。但是學習不能夠光憑興趣，拉丁語是非常重要的，以後要想上大學，拉丁語一定要過關不可。”
門捷列夫聽了這話更慚愧了，他知道父親對他的期望很高，而且為他付出了很多的心血，但是他不想說些安慰人的話，而埋沒自己真實的想法。
於是他懇切地說：“爸爸，我知道我的拉丁語成績讓您和媽媽很失望，可我真的覺得它既單調又枯燥，跟生機盎然、豐富多彩的大自然簡直沒法兒比。我長大了不想做神甫，也不想研究拉丁文典籍。”
伊萬聽了這番話，覺得兒子長大了，於是問道：“那你長大要幹什麼？”
“我想做一個科學家，揭開大自然更多的奧秘！”門捷列夫一臉認真地說，“老師艾爾紹夫告訴我們‘在我們偉大的祖國，有美麗的山河，遼闊的土地和豐富的礦藏，但是它現在還很貧窮、落後，也有許多愚昧封建和黑暗的東西，隻有科學，才能夠使它富裕起來，強大起來’。”
伊萬驚訝地看著門捷列夫，他沒有想到兒子7歲的小腦袋瓜裏裝了這麼多東西，明白這些當時看來還很激進的道理。他疼愛地摸了摸門捷列夫的腦袋。
“你說得沒有錯，可是要想當科學家就要有知識，要學到更多的知識就要上大學啊，可是上大學拉丁語就必須過關。”
門捷列夫琢磨了一下，最後點點頭：“我知道了，學習不能僅憑興趣，為了我的理想，我會把拉丁語補上去的。”
“這才是我的好兒子！”伊萬欣慰地說。
“爸爸，艾爾紹夫老師答應我，假期帶我到烏拉爾的群山中采集礦石標本，然後再到西伯利亞大草原，采集昆蟲花卉標本。”
看著兒子一臉的神往，伊萬感慨地說：“米嘉，本來這些事情應該由我帶著你去的，可爸爸的眼睛看不清了，不能帶你去采礦石、捉蝴蝶了。不過，你既然選擇了俄羅斯的未來，那你就投入到它寬廣的胸懷中去吧！它值得你去為其鑽研科學、發掘寶藏。但是拉丁語也要認真學啊！”
門捷列夫得到了父親的支持，更加堅定了自己的決心。假期裏，他懷揣著一顆還略顯稚嫩的心，鑽進了烏拉爾的群山，走進了西伯利亞的原始森林。
他白天采集礦石標本，晚上夢見俄國的地下礦藏都被自己發現了，礦石從地下冒出來，變成各種各樣的金屬，又製成汽車、飛機和各種精密儀器；采集蝴蝶標本，又夢見自己也變成了一隻花蝴蝶，在花叢裏忽扇著兩隻翅膀飛呀、飛呀。
在那些難忘的日日夜夜，門捷列夫把他的全部熱情投入到了對科學的追求上，他的個性在大自然中得到充分的張揚。
不過，艾爾紹夫老師發現在門捷列夫鼓鼓的行囊裏，還放了一本拉丁文課本。
中學時代就要過去了，雖然門捷列夫隻有15歲，但善良、正直、聰明已成為他一生都不會缺少的品質，父母和老師們的啟蒙教育已使科學的種子在他心裏生根發芽。邁入大學門檻
當小門捷列夫超常的天資和聰明好學的表現，贏得了老師和同學們的一致稱讚時，當瑪利姬的工廠呈現出繁忙興旺的景象，前來訂貨的客戶接連不斷，向外送貨的馬車一輛接一輛時，一連串的不幸降臨到了這個本來充滿了希望的家庭。
首先是伊萬，患了結核，一病不起，持續高燒十幾天後，就與世長辭了。他多麼想看到自己疼愛的孩子能接受高等教育，做出一些驚天動地的對祖國有益的事啊，可他沒有等到這一天，就永遠地閉上了眼睛。
這對門捷列夫全家簡直是一個晴天霹靂。伊萬雖然僅有一點模糊的視力，無法掙錢養家，但他善良，有才華，在當地是一個很受人尊敬的人，也是全家的主心骨。
伊萬的去世，使這個家庭崩潰了。
當一家人終於接受了現實，準備從悲痛中振作起來時，門捷列夫的大姐又一病不起。她是媽媽工廠的得力助手，每日發貨、收賬、結算全依靠她。瑪利姬為救女兒想盡了辦法，可是，最終也沒有把女兒的病治好。不久，大女兒也離開了人間。
災難到此並沒有終結，接下來，一場大火將一家人賴以生存的工廠化為了灰燼。
一連串的災難使原來的大家庭無法維持下去了，哥哥們都離開家，到外麵的世界去尋找出路，姐姐們則紛紛嫁人，最後瑪利姬的身邊隻剩下了最小的女兒麗莎和門捷列夫。小女兒還不到嫁人的年齡，小兒子是丈夫生前的希望。瑪利姬要靠剩下的一點積蓄，把兩個未成年的孩子撫養成人。
小門捷列夫在這一連串的打擊麵前，雖然也悲痛萬分，但是他將這一切化為了動力，將自己全部的精力都投入到學習當中。最後，以除拉丁文之外，其餘各科都是優秀的成績，圓滿地結束了中學的學習。
瑪利姬拿著兒子的中學畢業證書，心情久久不能平靜，她想起了在額爾齊斯河的沙灘，在百花盛開的草原，在茂密的白樺樹林，在清澈如鏡的湖泊邊，她和伊萬相依相伴。想起來了伊萬曾給她講的大自然的奧秘及生活的趣事。
但是伊萬念叨最多的是莫斯科，講那裏的克裏姆林宮，講那裏的莫斯科大學。
瑪利姬知道丈夫始終把知識和科學看作世上最神聖的事情，他最大的心願是希望孩子們將來都能讀大學，搞教學或研究工作。現在伊萬的心願隻有門捷列夫能夠達成。
為了完成伊萬唯一的遺願，瑪利姬毅然變賣了全部家產，帶上所剩不多的積蓄，帶著麗莎和門捷列夫，告別了托博爾斯克鎮，登上了去莫斯科的馬車。她此行的目的很明確，就是設法送門捷列夫上大學。
從托博爾斯克到莫斯科路途遙遠，達上千公裏。年輕的門捷列夫不顧旅途的勞累，興致勃勃地觀賞著一片又一片莽莽原野、古樹參天的原始森林、美麗的河流……
湖光山色，奇花異草，光怪陸離的大自然景色，使門捷列夫情趣盎然，心花怒放，他像籠中之鳥回歸大自然一樣，顯得格外歡快。
十多天後，他們跨過了卡馬河，到達了喀山，接著又渡過了伏爾加河。瑪利姬興奮地告訴姐弟倆：莫斯科就要到了！他們這樣一路兼程二十多天，也沒有走完橫跨全俄羅斯路程的一半。