Учился Домбровский с большим интересом и настойчивостью. На выпускных экзаменах он получил высокие оценки и оказался в числе одиннадцати выпускников, отнесенных к первому разряду; правда, в их числе он был предпоследним. При двенадцатибалльной системе оценок за годовые сочинения (нечто вроде дипломных работ по основным предметам) ему поставили 10 баллов. Средний балл по основным специальным предметам у него был выше одиннадцати (тактика—11, стратегия и военная история — 11,7, военная администрация — 12, военная статистика — 11,6, геодезия, топография и съемки—11,7). По вспомогательным военным и по общеобразовательным дисциплинам оценки оказались несколько ниже: фортификация — 10, артиллерия — И, русский язык — 10,5, политическая история — 9,5, иностранный язык — 9; в среднем это составило 10 баллов. «За отличные успехи в науках» Домбровский был в декабре 1861 года произведен в чин штабс-капитана.
Экзамены проводились публично и проходили в просторном зале академии с 29 сентября по 24 октября 1861 года. Они начинались в 10 часов утра в состояли преимущественно из защиты положений заранее приготовленных годовых сочинений по соответствующему предмету. В экзаменационные комиссии входили видные представители тогдашней военной науки: М. И. Богданович, А. И. Беренс, М. И. Драгомиров, Г. А. Леер, В. М. Аничков, А. И. Макшеев. В зале, кроме академического начальства и доброжелателей экзаменующихся, присутствовало каждый раз несколько генералов — из департамента генерального штаба и других составных частей военного министерства, из гвардейского корпуса, царской свиты и т. д. Бывали даже члены царской семьи. Изредка появлялся бывший профессор академии, а ныне товарищ (то есть заместитель) военного министра Д. А. Милютин, которого Домбровский знал как начальника главного штаба Кавказской армии. Престарелый патрон Милютина, николаевский служака Н. О. Сухозанет только числился военным министром — фактически он исполнял должность наместника Александра II в Царстве Польском и находился в Варшаве. Многие из присутствующих знали, что замена Сухозанета уже предрешена, и заранее относились к Милютину как к министру.
Лекции в академии, домашние занятия, полевые ноездки, выполнение иных служебных обязанностей составляли лишь одну, постепенно уменьшающуюся часть жизни Домбровского. Все больше времени и сил отнимала у него теперь революционная деятельность. Сразу же по приезде в Петербург он установил связи с подпольщиками и в короткий срок занял среди них видное место. В этом не было ничего удивительного, во-первых, потому, что Домбровский внутренне был вполне подготовлен к этому, а во-вторых, в связи с тем, что многие активные деятели подполья были либо его старыми приятелями по Брестскому кадетскому корпусу, либо кавказскими знакомыми, либо вновь приобретенными в Петербурге друзьями.
Их перечень целесообразнее всего, пожалуй, начать с Зыгмунта Сераковского, кончавшего гимназию в Житомире, учившегося с 1845 года в Петербургском университете и приезжавшего на летние каникулы 1847 года в Вильно, где он познакомился с руководящими деятелями Союза литовской молодежи. Возвратившись из оренбургской ссылки в 1856 году, Сераковский на следующий год поступил в Академию генерального штаба.
Там вместе со своими ближайшими друзьями Я. Савицким, Я. Станевичем, В. Добровольским, К. Левицким, В. К. Гейнсом, Н. Д. Новицким Сераковский организовал революционный кружок офицеров-генштабистов. Один из мемуаристов, впоследствии довольно известный военный историк генерал М. А. Домонтович, настроенный весьма реакционно и потому видевший многое в извращенном свете, следующим образом описывал появление Сераковского среди будущих слушателей академии: «Я жил тогда в Петербурге и, сидя по целым дням дома, готовился к поступному экзамену […]. Раз […] ко мне утром зашел […] армейский офицер и назвал себя прапорщиком Сераковский, тоже собирающимся поступить в академию и желающим получить от меня какие-то записки [3]. Оказалось, что его ко мне направил бывший мой товарищ по корпусу Савицкий — тогда уже офицер гвардейского генерального штаба, а впоследствии замешайный в польское восстание и эмигрировавший в Галицию. Сераковский […] залпом и без передышки передал мне всю свою биографию, выставил себя мучеником и жертвой деспотизма времен Николая I, говорил о наступлении иного времени […], а затем, прощаясь со мной, с пафосом добавил: «Я украинец с правого берега Днепра, а вы — левого! Крепко-крепко жму вам руку».