В 1866–1867 годах ситуация на службе продолжала складываться для Менделеева очень удачно. Сначала Воскресенский был избран ректором университета и переехал в ректорский дом, оставив Менделееву преподавание аналитической химии, руководство лабораторными занятиями, а также статус ординарного (полного) профессора и свою квартиру — ту самую, в которой сейчас находится музей Д. И. Менделеева. Затем карьера Александра Абрамовича, продолжавшего, несмотря на ректорство, возглавлять кафедру неорганической химии, взлетела еще выше — он был назначен попечителем Харьковского учебного округа. Для членов совета университета было очевидно, что кафедру должен возглавить лучший ученик Воскресенского доктор Менделеев, и вскоре по представлению совета Дмитрий Иванович был «перемещен» на место своего учителя.
Нового жалованья вполне хватало на жизнь и содержание бобловского имения, и Дмитрий Иванович теперь мог отказаться от всех своих совместительств, включая работу в Технологическом институте, куда он порекомендовал взять штатным профессором Ф. Бейльштейна, недавно вернувшегося из заграничной стажировки. Оставалось еще редактирование «Технологической энциклопедии по Вагнеру» (в дальнейшем она будет переименована в «Техническую энциклопедию»), важное не только потому, что издание пользовалось огромным авторитетом среди специалистов, но также потому, что эта деятельность будила в Менделееве самые неожиданные интересы. Всего он подготовил девять выпусков этого издания, в которые внес огромное количество дополнений и самостоятельно написанных текстов. Первый выпуск был посвящен производству муки, хлеба и крахмала, второй — технологии сахарного производства, третий — производству спирта, четвертый — стеклянному, пятый — маслобойному производству… Если посмотреть на тематику выпусков, то очевидно, что она прямым образом — синхронно или с некоторым сдвигом по времени — связана с его научными увлечениями. Начиная с 1865 года это главным образом агрохимия и — шире — всё, что связано с сельскохозяйственным производством.
Менделеев энергично перестраивает бобловскую усадьбу: завозит современные механизмы, строит скотный двор, конюшни. Теперь его интересуют происхождение и особенности произрастания русских хлебов, удобрения, болезни скота и даже шелководство. А всё, что его интересует, по обыкновению изучается им самым глубоким образом, вплоть до точных выводов. Он становится активным членом Вольного экономического общества, где в этот период идут жаркие дискуссии о путях развития русского земледелия и животноводства. Мнение Менделеева, который всегда и во всём ощущал себя экспериментатором, сводилось к следующему: русские климат и экономические условия таковы, что западный опыт для нашего сельского хозяйства применим далеко не всегда и не везде. Нужно самим на серьезной научной основе провести опыты в разных районах страны и выяснить, как урожай зависит от климата, почвы, глубины пахоты и применения искусственных удобрений. Чтобы избежать каких-либо случайностей, следует на всех экспериментальных угодьях использовать одни и те же семена и удобрения. Результаты исследований необходимо довести до самого широкого круга сельских хозяев. Внятный голос профессора Менделеева, к тому же предложившего свое Боблово в качестве одного из опытных хозяйств, был услышан. Вольное экономическое общество одобрило его трехлетнюю программу (первую в России) и ассигновало на нее семь тысяч рублей. Уже осенью 1867 года Менделеев прочел на заседании общества первый отчет о проведенных исследованиях.