Россия тепло встретила Кантемира и его окружение. По прибытии в Могилев в начале августа 1711 г. Петр I издал специальный указ, первый пункт которого гласил: «Его Царское Священное Величество изволяет его Князя Кантемира, Бояр и прочих офицеров, и Волохов, которые ныне при нем, имети в милости своей и титул
В 1713 г. Д. Кантемира постигло большое горе: умерла его жена Касандра, оставившая ему шестерых детей, из которых старшей дочери, Марии, исполнилось тринадцать лет, а самому маленькому, Антиоху, не было еще пяти. Кантемир из Харькова переезжает в Москву.
С Москвой связан новый, самый плодотворный период научной деятельности молдавского ученого и мыслителя. В то время Россия переживала период знаменитых петровских преобразований. Великая страна невиданными темпами преодолевала свою экономическую и культурную отсталость, уверенно шагая по пути европеизации. Сооружались новые фабрики и заводы, строились новые города, прокладывались пути сообщения, в открываемых учебных заведениях усиленно готовились кадры для различных отраслей хозяйства и управления, осуществлялись широкие секуляризационные мероприятия, создавалась новая армия, развертывались широкие научные исследования. Заметно расширялись и углублялись экономические, политические и научные связи России с западноевропейскими странами. Движущей силой всех этих преобразований были сам Петр I и его сподвижники, среди них члены «ученой дружины» Ф. Прокопович и В. Н. Татищев (с которыми Кантемир познакомился в период Прутского похода Петра I), П. А. Толстой, знакомый Кантемиру по Константинополю, выпускник Славяно-латинской академии И. Ильинский (приглашенный молдавским ученым в качестве наставника его детей по русскому языку), а также А. М. Черкасский, И. Ю. Трубецкой и др. Общение с передовыми людьми России, а также наблюдение за совершавшимися здесь преобразованиями оказали значительное влияние на дальнейшее развитие научного мировоззрения Кантемира, его философских и общественно-политических взглядов. Если прежде он отдавал предпочтение философским спекуляциям (в основном по проблемам этики и натурфилософии), то в России Кантемир приступает к глубоким научным исследованиям. Его волнуют вопросы экономики и права, государственного устройства и политики, войны и мира. Он проявляет гораздо больший интерес к естественным наукам. В период пребывания в России Дмитрий Кантемир как ученый делается известен в Западной Европе. Этому способствовало установление им связей с приглашенными в Россию немецкими учеными. Так, он был довольно близко знаком с членом Берлинской академии Г. Гюйссеном. По рекомендации Г. Лейбница (или, может быть, Гюйссена) в 1714 г. Кантемир был избран членом Берлинской академии наук. Как один из просвещеннейших деятелей того времени, молдавский ученый пользовался большим авторитетом в кругах русской общественности. Когда обсуждался вопрос о создании Российской академии, кандидатом на пост президента среди других был назван и Д. Кантемир (см. 30, 36; 119).
В 1714 г. мыслитель пишет небольшое, но весьма важное в философском отношении сочинение «Monarchiarum physica examinatio» («Исследование природы монархий»), которое посвящает Петру I (рукопись хранится в Ленинграде в библиотеке АН СССР). В этой работе автор пытается философски обосновать свое понимание исторической миссии России в борьбе против Османской империи и необходимость сокрушения последней.