Несмотря на то, что работа была близка к завершению, Докучаев, не колеблясь, отложил окончательное оформление своего труда и летом 1881 года решил «еще раз посетить юго-западную Россию и заглянуть в ее наиболее глухие уголки». Снова началась полевая работа, неустанные походы, сбор новых образцов, или, как любил говорить Докучаев, «образчиков». Нелегко было организовать эту поездку: своих денег у Докучаева не было, а ученые общества были бедны. Но интерес к работам Докучаева был так велик, что Петербургское общество естествоиспытателей нашло возможным выделить для этой экспедиции из своих, как признавал Докучаев, «крайне скудных денежных ресурсов необходимые средства для окончательного решения упомянутых выводов».
На этот раз Докучаеву помотал агроном А. И. Кытманов. Оба исследователя в течение лета 1881 года совершили много экскурсий. Помощь Кытманова позволила Докучаеву значительно расширить район, который первоначально намечалось обследовать. Результаты поездки оказались очень удачными, и, вернувшись осенью 1881 года в Петербург, Докучаев почувствовал в себе достаточно сил, чтобы окончательно решить проблему чернозема. Он доказал, что черноземы могут образоваться на всех породах, а не только на лессах или других породах, богатых углекислой известью. Характер материнской породы, разумеется, оказывает влияние на свойства почвы и на содержание в ней гумуса, но возникновение определенного почвенного типа, например чернозема, вызывается совместным влиянием всех природных факторов или, как называл их Докучаев, факторов почвообразования, а именно: климата, растительных и животных организмов, материнской пароды, рельефа местности и возраста страны.
Докучаев твердо устанавливает такие свойства почвы, которые позволяют считать ее особым природным телом и выводят ее за пределы царства минералов. Мысль о том, что «почва — четвертое царство природы», высказанная Докучаевым в этот период, становится одним из краеугольных камней почвоведения — новой самостоятельной науки, созданной в России.
С осени 1881 года ученый начинает окончательно оформлять весь огромный, накопленный им полевой, лабораторный и литературный материал, создавая первую в истории мировой науки подлинно почвоведческую работу «Русский чернозем». Однако и в это время он не прекращал полевых экспедиционных работ и в том же 1881 году принял предложение Нижегородского губернского земства о проведении сплошного обследования почв всей Нижегородской губернии. Эта новая большая работа не затормозила окончания «Русского чернозема». Напротив, ряд материалов нижегородской экспедиции, собранных летом 1882 года, был широко использован Докучаевым в «Русском черноземе».
Над «Русским черноземом» Докучаев работал семь лет, не оставляя в это время других занятий, из которых многие, например чтение лекций в университете, отнимали немало времени. Он не считал себя вправе держать под спудом готовый материал и охотно делал свои открытия достоянием научной общественности. Ученый-новатор страстно любил полемику, диспуты и умел их вести, умел и любил прислушиваться к мыслям других ученых, использовать их возражения.
Еще в 1877 году, то есть в самом начале своих исследований, он опубликовал две статьи о черноземе: «Обзор имеющихся сведений о русском черноземе» и «Итоги о русском черноземе». В этих статьях Докучаев подводил итоги всего проделанного в области изучения черноземов и давал критический разбор теорий их происхождения. Уже эти две статьи заставили ученых говорить о Докучаеве как о крупном исследователе, не только геологе, но и почвоведе. В период с 1878 по 1881 год Докучаев опубликовал еще ряд работ о черноземе и в том числе большую интересную статью на французском языке, которая вывела Докучаева, а вместе с ним и все русское почвоведение на международную арену.
Особенно крупное событие в истории русского почвоведения и в жизни Докучаева произошло в 1882 году, когда он выпустил в свет «Схематическую почвенную карту черноземной полосы Европейской России». Это была первая почвенная карта нового типа во всей международной почвенно-картографической практике. Почвенная картография и в наши дни ведется, строго говоря, по тем же принципам, которые были положены в основу первой карты Докучаева. Почва рассматривалась Докучаевым как самостоятельное природное тело, возникшее в результате совокупной деятельности всех природных факторов. Такой принцип был огромным шагом вперед в науке о почве, и все предыдущие почвенные карты России — карты Шторха, Веселовского, Вильсона, Чаславского — с этого момента навсегда стали документами, имеющими только исторический интерес. В 1882 году Докучаев на страницах печати поднимает вопрос о сибирском черноземе. Ежегодно публикуемыми статьями Докучаев все время держал научные круги в известном напряжении, привлекал все новых и новых исследователей к решению проблемы чернозема.