Кроме этого, Менделеев за короткие летние месяцы успел заняться организацией непрерывной перегонки нефти. Еще прошлой осенью он докладывал на заседании общества свои соображения относительно конструкции установки непрерывной перегонки. В Константинове местный слесарь С. Жемчужников изготовил по его заказу стопудовый перегонный куб для так называемой «деструктивной перегонки нефти и нефтяных остатков с использованием дефлегматора». Результаты пробных запусков давали твердую надежду на успех, но полностью внедрить у Рагозина новую технологию Дмитрию Ивановичу в то лето не удалось, поскольку константиновский завод, как и все рагозинские предприятия, начал испытывать экономические трудности. Но Менделеев не бросит свою идею и через пару лет все равно внедрит ее у другого нефтезаводчика.
С приближением осени Дмитрий Иванович привез новую жену в университетскую квартиру. Феозва Никитична с Ольгой к этому времени временно поселились в Боблове. Володя жил в Морском кадетском корпусе. Расстаться с сыном Менделеев отказался наотрез — Володя был ему светом в окне, главной надеждой в жизни. Решено было, что вне корпуса Володя будет жить у него, не забывая, конечно, о матери и сестре. Ольга Дмитриевна, которой в то время было 12 лет, на всю жизнь запомнила встречу с Дмитрием Ивановичем, вернувшимся из долгой и дальней поездки: «Накануне возвращения отца из-за границы мать получила от него телеграмму о приезде. Я с утра ждала его звонка и бросилась в переднюю ему навстречу, а мать оставалась у себя в комнате. Отец вошел очень тихо, Антон и швейцар вносили его вещи и чемоданы. Я подбежала к нему и поцеловала, он обнял меня и крепко поцеловал, и вдруг у него на левой руке я увидела новое обручальное кольцо, надетое на среднем пальце. Раньше этого кольца не было. У меня екнуло сердце, и я, быстро повернувшись, убежала к матери, оставив отца одного в передней, и вбежав в ее комнату, сказала: «У папы обручальное кольцо»».
Зная непрактичность Феозвы Никитичны и продолжая терзаться чувством неизбывной вины, Менделеев сам устроил всё, что касалось нового жилья для нее и дочери. «Отец сам нашел нам квартиру, пока мы были в Боблове, всю ее обставил, не забыв ничего, до мелочей включительно. К нам с матерью, конечно, перешла вся женская прислуга, только Антон и Алексей остались в университете, но постоянно бывали у нас, помогая во всём. На новой квартире я нашла для себя отдельную комнату, совершенно не напоминавшую детскую. В этой комнате с розовыми обоями была полная меблировка для молодой девушки, а в шкапу лежало прекрасное белье. На новой красивой кровати <фирмы> Сан-Галли было пушистое розовое с белыми полосками одеяло и несколько новых подушек. У матери была прекрасная спальня и вся ее мебель из квартиры при университете. Тогда мне показалось, что этой заботой о нас отец просил у нас прощенья. Он навещал нас по нескольку раз в неделю, выказывая при этом столько внимания и ласки, что мне каждый раз было глубоко жаль его. Однажды во время своего посещения, долго оставаясь у матери в комнате, отец вышел очень тихим и как бы робким и, завидя меня, подошел ко мне, наклонился, крепко прижался головой к моей голове и сказал сквозь слезы: «Когда ты вырастешь, ты всё поймешь и простишь меня»… Отец со своими переживаниями был так одинок».
Под самый новый, 1882 год у Д. И. Менделеева и А. И. Поповой родилась дочь Люба. Они до сих пор были не венчаны. Дело о разводе закончилось, но по церковным правилам бывший супруг шесть лет нес церковное покаяние, не имея права вступить в новый брак. И тогда Менделеев пошел на новый скандал — нашел священника, согласного за десять тысяч рублей (на эти деньги можно было купить хорошее имение) обвенчать его в обход всех церковных правил. Венчание состоялось в Адмиралтейской церкви. Священник был сразу же извергнут из сана, но Дмитрий Иванович и Анна Ивановна стали, несмотря ни на что, законными супругами.