1855年7月，門捷列夫在彼得堡高等師範學校畢業後，為了準備碩士論文，仍留在學校裏。彼得堡高等師範學校考慮到門捷列夫的優異的畢業成績和在化學方麵的特殊的才能，也同意他可以留校工作，繼續進行他在化學方麵的研究。但是，由於門捷列夫的病勢發展，卻使他不能留在彼得堡。醫生們都勸他到南方的城市去工作，因為那裏溫和的氣候對於治療他的病非常有利。
1855年8月，在南方的兩個城市，即敖德薩和辛菲羅波裏，有了教師職位的空缺。門捷列夫是彼得堡高等師範學校的優秀畢業生並獲得了金質獎章，因此，他完全有資格來選擇自己未來的工作地點。
敖德薩市有學術研究會和藏書豐富的圖書館，這裏具有一切條件可以準備報考碩士學位，而在辛菲羅波裏就完全沒有這些條件。可就在這時，國民教育部門卻把門捷列夫的姓名和一個姓雅恩吉維奇的“弄亂了”。因此，門捷列夫去敖德薩的願望未能實現。雖然，彼得堡高等師範學校的校方多次出麵與國民教育部門交涉，但已無法挽回。
1855年8月25日，門捷列夫被派到俄國首屈一指的療養地——克裏米亞，擔任辛菲羅波裏中學的自然科學教師。
門捷列夫來到辛菲羅波裏中學時，俄軍抗擊侵犯祖國領土的英、法、奧、土聯軍的克裏米亞戰爭正在進行。辛菲羅波裏附近的塞瓦斯托波爾這座城市要塞也就成了克裏米亞戰爭的主要的戰場。
塞瓦斯托波爾的英勇保衛戰是俄羅斯曆史上光輝的一頁。
塞瓦斯托波爾這座城市被英、法、奧、土聯軍圍困長達11個多月，使一座繁榮的城市變成了堡壘林立的廢墟。而位於它附近的辛菲羅波裏則變成了軍隊的後方，城市裏到處都是醫院和糧食與軍需倉庫。1855年8月底，塞瓦斯托波爾淪陷了，然而由於正規戰還在繼續進行，所以，辛菲羅波裏仍然處於戰爭狀態中，為此，中學也停了課。
在辛菲羅波裏，門捷列夫遇到了比羅果夫醫生。這位著名的外科醫生幫助門捷列夫解除了他對自己病勢的不必要的顧慮。比羅果夫醫生在為門捷列夫做了一次全麵係統的身體檢查後，立刻斷定門捷列夫所患的並不是結核病（門捷列夫以前曾猜疑自己所患的是結核病），而是一種並不危險的心瓣膜病。從而使門捷列夫解除了思想負擔，從此，他嚴格遵守比羅果夫醫生的指示，堅持鍛煉身體，在很短的時間裏，健康狀況有了十分顯著的改善。
由於戰爭的關係，辛菲羅波裏中學始終沒有複課。於是，在1855年深秋，門捷列夫離開了辛菲羅波裏，到敖德薩去休假。
門捷列夫在敖德薩市的生活環境很好，他很快地就在一所曆史悠久的學校，即裏西耶夫學術研究會附屬的敖德薩第一中學獲得了數學與物理教師的職位。從此，他一麵教課，一麵繼續他的研究，準備來年報考著名的彼得堡大學的碩士學位。
克裏米亞戰爭對敖德薩市的生活影響並不大。克裏米亞的敖德薩市是一個巨大的文化中心，它有多所中學和一所諾沃羅西斯克大學，俄羅斯的許多著名科學家都曾在諾沃羅西斯克大學裏講過課，在與這些著名的科學家的頻繁接觸中，門捷列夫感到自己渾身充滿了新生的力量。他在工作之餘用那充滿愉快的心情，開始在諾沃羅西斯克大學的實驗室和圖書館裏開展研究工作，準備題為《論比容》的碩士論文。
在撰寫《論比容》的碩士論文中，門捷列夫首次提出了關於溶液性質在原則上非常重要的問題。這個問題後來在門捷列夫1865年的《關於酒精與水的結合》和1887年《水溶液比重之研究》兩部著作中得到了更加充分的解決。由於這些研究的結果，創造了我們現在所學習的“水化”學說。
與此同時，門捷列夫還指出：比容是進行化合物分組的一個途徑。這為他日後發現元素周期律，起到了十分重要的作用。
1856年5月，門捷列夫離開了殷勤好客的敖德薩市，隻身來到彼得堡大學參加碩士考試。這次他又獲得了輝煌的勝利：門捷列夫在所有的考試科目中都獲得了最優異的成績。同年9月，他又順利地通過了論文答辯。彼得堡大學校務委員會一致同意授予門捷列夫物理和化學碩士學位。
門捷列夫在考取碩士學位的3天後，便向彼得堡大學遞上了一份申請書，請求校務委員會允許他在下周內提出和答辯《論含矽化合物的結構》的初步報告。門捷列夫認為，這對於他獲得彼得堡大學講師席位和在彼得堡大學取得講課資格是十分重要的。
門捷列夫的申請獲得彼得堡大學校務委員會同意後，他就著手開始了緊張的工作。1856年10月21日，門捷列夫在發表了《論含矽化合物的結構》的學術報告的一個月後，又提出和答辯了《論含矽化合物的結構》的第二篇論文，由此，門捷列夫取得了在彼得堡大學任副教授的資格。
1857年1月，23歲的門捷列夫被彼得堡大學校務委員會任命為該校化學教研室的副教授，開始講授化學課程。站在彼得堡大學講壇上，門捷列夫思緒萬千。他在心裏默默地說：“媽媽，親愛的媽媽，您看到了嗎？您為我吃了那麼多的苦，經受了那麼多的磨難，今天，您的心願實現了，您的兒子米金卡終於站到了彼得堡大學的講壇上。他沒有給您丟臉，他永遠不會讓您失望，永遠……”