Оборудование для Главной палаты изготавливалось по самому высокому классу точности. Многое было сконструировано по идеям или под руководством Менделеева самими сотрудниками и здесь же, на месте, изготовлено талантливым механиком И. И. Кварнбергом. Что-то приходилось заказывать заграничным умельцам, например универсальный компаратор (прибор для сравнения измеряемых линейных величин с мерами или шкалами) английской фирмы «Траутон и Симмс». В эти годы Менделеева, прирожденного путешественника, можно было встретить за границей особенно часто. Среди множества других вещей его теперь интересует всё, что касается метрологии: приборы, методика, организация поверочного дела, но в первую очередь — эталоны. Он считает необходимым «возобновить», то есть заменить новыми все русские эталоны, изготовленные до 1835 года. Наряду с основными, неприкосновенными прототипами идет изготовление точно таких же рабочих образцов. Заранее, на уже близкую перспективу, начинается аналогичная работа с метрическими эталонами. Дмитрий Иванович и его сотрудники становятся частыми гостями Парижской консерватории изящных ремесел, где их всегда с удовольствием встречает старый друг Менделеева Ж. Треска. Но главное место их командировок — Англия, поскольку эталоны русских мер с петровских времен соотносились именно с английскими. Так, аршин (71,12 сантиметра) соотносился с английским ярдом (91,44 сантиметра) через их кратность дюйму (2,54 сантиметра): в аршине должно быть 28 полных дюймов, а в ярде — 36. Эталон аршина был изготовлен фирмой «Траутон и Симмс» из сплава, применяемого в международных метрических эталонах и состоявшего на 90 процентов из платины и на 10 процентов из иридия. Сличение сажени и полусажени было произведено лично Менделеевым, Блюмбахом и директором Лондонского бюро стандартов Г. Ченеем. По заказу русских метрологов в Лондоне было изготовлено несколько образцов русского фунта (0,40951241 килограмма) — в виде цилиндров с высотой, равной диаметру. Дмитрий Иванович поручил их чистовую доводку сначала английскому механику Л. Эртлингу, а затем, на совершенно деликатной стадии, своим сотрудникам Сапожникову и Завадскому. Затем в Петербурге был изготовлен еще один, рабочий, образец фунта из золотого монетного сплава.
В ходе «возобновления прототипов» русские метрологи осуществили 80 серий сличений и 20 тысяч специальных наблюдений. Представить, сколько всего было сделано ими за пять первых лет, и оценить энергию их главного организатора можно, например, сравнив этот объем работы с темпами заграничных метрологов: подобная задача в Англии была решена за 21 год, во Франции — за 17 лет.
В эти же годы Дмитрий Иванович создает и детально разрабатывает свою теорию взвешивания, вводит новые формулы и метрологические понятия, обосновывает оптимальное количество взвешиваний и даже дает правила расчета вероятных погрешностей. В 1895 году выходит в свет его фундаментальный метрологический труд «О приемах точных, или метрологических, взвешиваний», который до сих пор остается современным, особенно в части методов сличения эталонов массы и рекомендаций по выполнению особо точных взвешиваний. А предложенный им проект одноплечих двухпризменных весов вообще обогнал свое время — после ряда попыток был реализован лишь в 1932 году Иваном Дмитриевичем Менделеевым и получил с тех пор широкое распространение.